新步步高高二物理沪科版选修3-2学案：23习题课：交变电流的产生及描述含解析

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1、学案3习题课：交变电流的产生及描述知识•探究［目标定位］1.理解交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值2理解交变电流图像的物理意义.3.知道交变电流“四值”的区别，会求解交变电流的有效值.基础自学落实重点互动探究一、对交变电流产生规律的理解求解感应电动势瞬时值时：(1)先要计算峰值Emax=”BS少；(2)确定线圈转动从哪个位置开始,以便确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化；(3)确定线圈转动的角速度e(以rad/s作单位)；最后确定感应电动势的瞬时值表达式.【例11图1甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图.其矩形

2、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴00’匀速转动，线圈的匝数«=100匝，电阻r=10Q,线圈的两端经集流环与电阻连接，电阻7?=9OQ,与并联的交流电压表为理想电表.在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量。随时间/按图乙所示正弦规律变化.求：0’(1)交流发电机产生的电动势最人值;(2)电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转过鲁s时电动势的瞬时值;(4)电路中交流电压表的示数.解析⑴交流发电机产生电动势的最大值Emax=nBSco而%ax=BS,CD=,所以Emax=由0-r图线可知，0max=2.OXlO-2Wb

3、,7=0.2s所以£max=207rV=62.8V.(2)线圈转动的角速度27i2兀CD=T~0.2rad/s=107Trad/s,由于从垂直中性面处开始计时，所以感应电动势瞬时值表达式为e=Emaxcos69/=62.8cos(10兀/)V⑶当线圈转过元S时e=207tcos(107iX—)V=10kV=31.4Vt/=-^;E=^X10^271V=9V2hV~40V答案(1)62.8V(2)q=62&os(10M)V(3)31.4V(4)40V二、交变电流图像的应用正弦交流电的图像是一条正弦曲线，从图像中可以得到以下信息：2冗1•

4、周期⑺和角速度(69)：线圈转动的角速度3=〒2.峰值(爲，Zm)：图像上的最大值，可计算出有效值E=第,匸帛.3.瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值.4•可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁感线的时刻.5.判断线圈中磁通量0及磁通量变化率晋的变化情况.【例2】如图2所示，图线g是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A.在图中尸0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为3：2C.交流电a的瞬时值

5、为e=10sin(5血)V20D.交流电b的最大值为了V解析由题图可知，/=0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知Ta:Th=2:3,故必：％=3：2,B正确；由题图可知，C正确；因g：如=3：2,交流答案BCD三、交变电流有效值的计算交变电流有效值的计算一般有以下两种情况:F1.对于按正(余)弦规律变化的电流，可先根据仁„="必^丿求出其峰值，然后根据E=黑求出其有效值.2.当电流按非正弦规律变化吋，必须根据有效值的定义求解.计算吋要注意三同：相同电阻、相同时间(一般要取一个周期)、产生相等热量.【例3】如图

6、3表示一交流电电流随时间变化的图像，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为厶ax；电流的负值强度为厶ax，则该交流电电流的有效值为(图3解析根据有效值的定义，取一个周期7；则Q=(第隔+仁用=PRT解得：/=¥厶喚，故选D.答案D四、交变电流“四值”的应用比较交变电流的四值，即最大值、有效值、瞬吋值、平均值，在不同情况下的使用：(1)在研究电容器的耐压值时，只能用最大值.(2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交流电表显示的也是有效值.(3)在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值.(4)在研究

7、某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值.特别提醒(1)交变电流的平均值是针对某一过程的物理量，在不同的时间内平均值一般不相同.(2)平均电动势不等于初、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算即E=【例4】一个电阻为厂、边长为厶的正方形线圈共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴00’以如图4所示的角速度e匀速转动，外电路电阻为R(1)写出此刻线圈感应电流的方向.(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大？(3)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周柴油机做多少功？(4)从图示位置开始，线

8、圈转过60。的过程中通过R的电荷量是多少？(5)图中电流表和电压表的示数各是多少？解析(1)由右手定则可判定电流的方向沿adcba.Q)E、、ax=NBSgj=NBa)&.(2)电动势的有效值E=加.F电流的有效值/=