《2022年高中物理選修（3-2）第2章《交變電流的產(chǎn)生及描述》word學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理選修（3-2）第2章《交變電流的產(chǎn)生及描述》word學(xué)案（11頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理選修（3-2）第2章交變電流的產(chǎn)生及描述word學(xué)案目標(biāo)定位 1.理解交變電流的產(chǎn)生過程，能夠求解交變電流的瞬時(shí)值.2.理解交變電流圖像的物理意義.3.知道交變電流“四值”的區(qū)別，會(huì)求解交變電流的有效值一、對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解求解交變電動(dòng)勢瞬時(shí)值時(shí)：(1)首先要計(jì)算峰值EmNBS；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始，以便確定瞬時(shí)值表達(dá)式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化；(3)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度(以rad/s作單位)；(4)最后確定感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式例1圖1甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)n1

2、00匝，電阻r10 ，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R90 ，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表在t0時(shí)刻，線圈平面與磁場方向平行，穿過每匝線圈的磁通量隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化求：圖1(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大值；(2)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)線圈轉(zhuǎn)過 s時(shí)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值；(4)電路中交流電壓表的示數(shù)解析(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大值EmnBS而mBS，所以Em由t圖線可知，m2.0102 Wb，T0.2 s所以Em20 V62.8 V.(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 rad/s10 rad/s，由于從垂直中性面處開始計(jì)時(shí)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmcos t62.8co

3、s (10t) V(3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過 s時(shí)e20cos (10) V10 V31.4 V(4)電動(dòng)勢的有效值E10 VUE10 V9 V40 V答案(1)62.8 V(2)e62.8cos (10t) V(3)31.4 V(4)40 V二、交變電流圖像的應(yīng)用正弦交流電的圖像是一條正弦曲線，從圖像中可以得到以下信息：1周期(T)和角速度()：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度.2峰值(Em，Im)：圖像上的峰值可計(jì)算出有效值E，I.3瞬時(shí)值：每個(gè)“點(diǎn)”表示某一時(shí)刻的瞬時(shí)值4可確定線圈位于中性面的時(shí)刻，也可確定線圈平行于磁感線的時(shí)刻5判斷線圈中磁通量及磁通量變化率的變化情況例2如圖2所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速

4、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法正確的是()圖2A在圖中t0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零B線圈先、后兩次轉(zhuǎn)速之比為32C交流電a的瞬時(shí)值為u10sin (5t) VD交流電b的最大值為 V解析由題圖可知，t0時(shí)刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，A錯(cuò)誤；由題圖可知TaTb23，故nanb32，B正確；由題圖可知，C正確；因ab32，交流電最大值UmNBS，故UmaUmb32，UmbUma V，D正確答案BCD三、交變電流有效值的計(jì)算交變電流有效值的計(jì)算一般有以下兩種情況：1對(duì)于按正(余)弦規(guī)律變化的電流，可

5、先根據(jù)EmNBS求出其峰值，然后根據(jù)E求出其有效值2當(dāng)電流按非正弦規(guī)律變化時(shí)，必須根據(jù)有效值的定義求解計(jì)算時(shí)要注意三同：相同電阻、相同時(shí)間(一般要取一個(gè)周期)、產(chǎn)生相同熱量例3圖3表示一交流電電流隨時(shí)間變化的圖像，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為Im；電流的負(fù)值強(qiáng)度為Im，則該交流電的有效值為 ()圖3A. B.Im CIm D.Im解析根據(jù)有效值的定義，取一個(gè)周期T，則Q()2RIRI2RT解得IIm，故選D.答案D四、交變電流“四值”的應(yīng)用比較交變電流的四值，即峰值、有效值、瞬時(shí)值、平均值，在不同情況下的使用：(1)在研究電容器的耐壓值時(shí)，只能用峰值(2)在研究交變電流做功、電

6、功率及產(chǎn)生的熱量時(shí)，只能用有效值，交流電表顯示的也是有效值(3)在研究交變電流通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)，只能用平均值(4)在研究某一時(shí)刻線圈受到的安培力時(shí)，只能用瞬時(shí)值特別提醒(1)交變電流的平均值是針對(duì)某一過程的物理量，在不同的時(shí)間內(nèi)平均值一般不相同(2)平均電動(dòng)勢不等于初、末兩時(shí)刻瞬時(shí)值的平均值，必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算即N.例4圖4一個(gè)總電阻為r、邊長為L的正方形線圈abcd共N匝，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸OO以如圖4所示的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R.(1)求此時(shí)刻線圈感應(yīng)電流的方向(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為多大？(3)設(shè)發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng)

7、，其他能量損失不計(jì)，線圈轉(zhuǎn)一周柴油機(jī)做多少功？(4)從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過60的過程中通過R的電荷量是多少？(5)圖中電流表和電壓表的示數(shù)各是多少？解析(1)由右手定則可判定電流的方向沿adcba.(2)EmNBSNBL2.(3)電動(dòng)勢的有效值E.電流的有效值I，由于不計(jì)能量損失，柴油機(jī)做的功全部轉(zhuǎn)化為電能，線圈轉(zhuǎn)一周，柴油機(jī)做的功WEItt.(4)通過R的電荷量qttN(5)電流表示數(shù)I電壓表示數(shù)UIR答案見解析1(交變電流圖像的應(yīng)用)圖5甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化下列說法正確的是()圖5A甲表示交流電，乙表示直流電B兩種電壓的有效值相等C甲電壓的瞬時(shí)值

8、表達(dá)式為u311sin (100t) VD甲交變電流的有效值比乙交變電流的有效值大答案CD解析兩題圖中交變電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，在t軸的上方為正，下方為負(fù)，A錯(cuò)有效值E只對(duì)正弦交流電適用，將兩個(gè)圖像疊放在一起，可以看出兩個(gè)交變電流的最大值相等，甲對(duì)應(yīng)的有效值大，所以B錯(cuò)，D對(duì)由題圖甲可知C對(duì)2(交變電流有效值的計(jì)算)如圖6所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電流與時(shí)間的變化關(guān)系若使這兩種電流分別通過兩個(gè)完全相同的電阻，則經(jīng)過1 min的時(shí)間，兩電阻消耗的電功之比W甲W乙為()圖6A1 B12 C13 D16答案C解析電功的計(jì)算，I要用有效值計(jì)算，題圖甲中，由有效值的定義得(

9、A)2R2102 s0( A)2R2102 sIR6102 s，得I1 A；題圖乙中，I的值不變，故I21 A，由WUItI2Rt可以得到W甲W乙13，C正確3. (交變電流“四值”的應(yīng)用比較)如圖7所示，一半徑為r的半圓形單匝線圈放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.線圈以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，磁場位于ab左側(cè)且垂直于紙面向里(與ab垂直) , M和N是兩個(gè)滑環(huán)，負(fù)載電阻為R.線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)，下列說法中正確的是()圖7A轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電流表的示數(shù)為B從圖示位置起轉(zhuǎn)過圈的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為2nBr2C從圖示位置起轉(zhuǎn)過圈的時(shí)間內(nèi)通過負(fù)載電阻R的電荷

10、量為D. 以上說法均不正確答案AB解析交流電動(dòng)勢的最大值為ImBr22n，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過電流表的示數(shù)為有效值，由有效值的定義得()2R0I2RT，解得I，平均感應(yīng)電動(dòng)勢為2n2nBr2，A、B正確通過負(fù)載電阻R的電荷量為q，C錯(cuò)誤4. (對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解)如圖8所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)“”形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B T，線框的CD邊長為20 cm，CE、DF長均為10 cm，轉(zhuǎn)速為50 r/s.若從圖示位置開始計(jì)時(shí)：圖8(1)寫出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)在et坐標(biāo)系中作出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化關(guān)系的圖像答案(1)e10cos (100t) V(

11、2)見解析圖解析(1)線框轉(zhuǎn)動(dòng)，開始計(jì)時(shí)的位置為線圈平面與磁感線平行的位置，在t時(shí)刻線框轉(zhuǎn)過的角度為t，此時(shí)刻eBl1l2cos t，即eBScos t，其中B T，S0.10.2 m20.02 m2，2n250 rad/s100 rad/s，故e0.02100cos (100t) V，即e10cos (100t) V.(2)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化關(guān)系的圖像如圖所示題組一對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解1. 如圖1所示，在水平方向的勻強(qiáng)磁場中，有一單匝矩形導(dǎo)線框可繞垂直于磁場方向的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)在線框由水平位置以角速度勻速轉(zhuǎn)過90的過程中，穿過線框面的最大磁通量為，已知導(dǎo)線框的電阻為R，則下列說法中正

12、確的是 ()圖1A導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電流的方向?qū)l(fā)生改變B導(dǎo)線框轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時(shí)電流的方向?yàn)閎adcbC以圖中位置作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，該導(dǎo)線框產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為esin tD以圖中位置作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，該導(dǎo)線框產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為ecos t答案D2面積均為S的兩個(gè)電阻相同的線圈，分別放在如圖2甲、乙所示的磁場中，甲圖中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場，線圈在磁場中以周期T繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，乙圖中磁場變化規(guī)律為BB0cos t，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，則 ()圖2A兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同B兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大值的時(shí)刻不同C經(jīng)相同的時(shí)間t(tT)，兩線圈產(chǎn)生的熱量不同D從此時(shí)刻

13、起，經(jīng)時(shí)間，通過兩線圈橫截面的電荷量不同答案A解析甲圖中的磁通量變化規(guī)律為甲B0Scos t，乙圖中磁通量的變化規(guī)律為乙B0Scos t，故A正確由于兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同，則兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的變化規(guī)律相同，達(dá)到最大值的時(shí)刻也相同，有效值E也相同，又因兩線圈電阻相同，所以Qt也相同，經(jīng)過時(shí)間，通過兩線圈橫截面的電荷量q也相同，故B、C、D錯(cuò)誤題組二交變電流圖像的應(yīng)用3某臺(tái)家用柴油發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流現(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時(shí)的一半，則它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的圖像是 ()答案B解析線圈轉(zhuǎn)速為正常時(shí)的一半，據(jù)2n知，周

14、期變?yōu)檎r(shí)的2倍，又據(jù)EmNBS知，最大值變?yōu)檎r(shí)的一半，結(jié)合我國電網(wǎng)交流電實(shí)際情況，知正確選項(xiàng)為B.4一矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢e隨時(shí)間t變化的情況如圖3所示，下列說法中正確的是 ()圖3A此交流電的頻率為0.2 HzB此交變電動(dòng)勢的有效值為1 VCt0.1 s時(shí)，線圈平面與磁場方向平行D在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，穿過線圈的最大磁通量為 Wb答案D解析由題圖可知，此交流電的周期T0.2 s，頻率f5 Hz，A錯(cuò)誤E V，B錯(cuò)誤t0.1 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為0，線圈平面與磁感線垂直，C錯(cuò)誤因EmNBS，其中N10，10 rad/s，故mB

15、S Wb，D正確5如圖4(a)所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)若以線圈平面與磁場夾角45時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，如圖(b)所示，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎齽t下列所示的四幅圖中正確的是()圖4答案D解析由楞次定律知，t0時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)樨?fù)，線圈平面與中性面的夾角為，線圈再轉(zhuǎn)過到達(dá)中性面，所以，在線圈轉(zhuǎn)過的過程中電流在減小，t時(shí)，i0，因而只有D項(xiàng)正確題組三交變電流有效值的計(jì)算6A、B是兩個(gè)完全相同的電熱器，A通以圖5甲所示的方波交變電流，B通以圖乙所示的正弦交變電流，則兩電熱器的電功率PAPB等于 ()圖5A54 B32C.1 D21

16、答案A解析方形波的有效值為IRIRIRT，解得I1I0正弦交流電有效值為I2所以PAPBIRIR54，故選A.7一個(gè)小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上，消耗電功率為P；若把它接在某個(gè)正弦交流電源上，其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為()A5 V B5 VC10 V D10 V答案C解析根據(jù)P，對(duì)直流電有P，對(duì)正弦式交流電有，所以正弦交流電的有效值為U V，故交流電源輸出電壓的最大值UmU10 V，故選項(xiàng)C正確題組四交變電流“四值”的應(yīng)用比較8. 如圖6所示，單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場方向垂直于紙面

17、向里，線圈所圍面積為S，線圈導(dǎo)線的總電阻為R.t0時(shí)刻線圈平面與紙面重合則()圖6A線圈中電流瞬時(shí)值表達(dá)式為icos tB線圈中電流的有效值為IC線圈中電流的有效值為ID線圈消耗的電功率為PB2S22答案CD解析回路中感應(yīng)電動(dòng)勢最大值EmBS，電流最大值Im，t0時(shí)線圈位于中性面，故電流瞬時(shí)值表達(dá)式isin t.線圈中電流的有效值I，PI2R，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確9. 如圖7所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)內(nèi)阻r3 、面積S0.02 m2的半圓形導(dǎo)線框可繞OO軸旋轉(zhuǎn)已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B T若線框以100 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過電刷給“6 V12 W”的小燈泡供電，則：圖7(1)若

18、從圖示位置開始計(jì)時(shí)，求線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)從圖示位置開始，線框轉(zhuǎn)過90的過程中，流過導(dǎo)線橫截面的電荷量是多少？該電荷量與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢是否有關(guān)？(3)由題所給已知條件，外電路所接小燈泡能否正常發(fā)光？如不能，則小燈泡實(shí)際功率為多大？答案(1)e10cos (100t) V(2) C無關(guān)(3)不能 W解析(1)線框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值EmBS0.02100 V10 V因線框轉(zhuǎn)動(dòng)從平行于磁感線位置開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmcos t10cos (100t) V.(2)線框轉(zhuǎn)過90的過程中，產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢.流過導(dǎo)線橫截面的電荷量qt，又燈泡電阻R 3 .故q C C，與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢無關(guān)(3)線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值E10 V，燈泡兩端電壓UR5 V，因U6 V，故燈泡不能正常發(fā)光其實(shí)際功率P W W.