交變電流的描述 學(xué)案1. 交流電：大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流。 如： 2. 正弦交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場軸勻速轉(zhuǎn)動。 （1）電動勢的產(chǎn)生： 任意時(shí)刻t，線圈從中性面轉(zhuǎn)過角度=t 說明：交流電的峰值與線圈轉(zhuǎn)軸位置和線圈形狀都無關(guān)。 交流電瞬時(shí)表達(dá)式是正弦或余弦，取決于計(jì)時(shí)零點(diǎn)線圈所處位置。 （2）外電路閉合，R外，r （3）線圈轉(zhuǎn)動一圈，交流電變化一個(gè)周期，電流方向變化兩次。（每經(jīng)過中性面時(shí)，e=0，i=0，電流方向?qū)l(fā)生改變） 3. 描述交流電變化規(guī)律： 4. 描述交流電物理量： 例1. 如圖所示，N=100匝的正方形線圈，邊長L=10cm，電阻r=1，在勻強(qiáng)磁場中，B=0.4T，以n=100/（r/s）的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈通過滑環(huán)和電刷與R=9的電阻組成閉合回路（伏特表是恒熱電表），求： （1）從中性面開始計(jì)時(shí)，寫出線圈中產(chǎn)生電動勢e的表達(dá)式。 （2）伏特表的示數(shù)。 （3）當(dāng)線圈和中性面夾角=30時(shí)，安培力的力矩M安=？ （4）1min內(nèi)，外力所做的功WF=？ 解析：（1）線圈轉(zhuǎn)動的角速度為，電動勢最大值為Em，則 （2）伏特表的示數(shù)為U （3）轉(zhuǎn)過=30角時(shí)，安培力的力矩M安 （4）1min內(nèi)外力的功為WF 例2有一個(gè)氖氣燈泡，當(dāng)電壓高于50 V時(shí)就會發(fā)光，給這個(gè)氖氣燈泡加上e100 sin314t V的交流電，求它連續(xù)發(fā)光的時(shí)間解題方法：公式法解析：氖氣燈泡上加的是交變電流，電壓的大小和方向都隨時(shí)間作周期性的變化，電壓大小變化范圍為0100 V當(dāng)所加電壓的絕對值大于等于50 V時(shí)氖氣燈泡就會發(fā)光，當(dāng)所加電壓的絕對值小于50 V時(shí)氖氣燈泡就熄滅，因此只要求出該交變電流的電壓開始達(dá)到和開始低于50 V的時(shí)刻，就可求出電壓大于等于50 V的一段時(shí)間，即氖氣燈泡連續(xù)發(fā)光的時(shí)間當(dāng)加在氖氣燈泡上的電壓為50 V時(shí)，50100 sin314 t可得：sin314t0.52019-2020年粵教版高中物理選修（三）2.2交變電流的描述教案1（新課標(biāo)）由圖1716可知當(dāng)314t1時(shí)，電壓達(dá)到50 V，氖氣燈泡開始發(fā)光，可解得：t1102 s當(dāng)314t2時(shí)，電壓開始低于50 V，氖氣燈泡開始熄滅，可解得：t2102 s氖氣燈泡連續(xù)發(fā)光時(shí)間為tt2t1（）102 s102 s點(diǎn)評：解本題的關(guān)鍵之處是知道50 V為瞬時(shí)值，而不是平均值，知道無論哪一時(shí)刻和不論燈泡兩端哪端電壓高，只要電壓瞬時(shí)值大于50 V，燈泡就會發(fā)光例3如圖1715所示，單匝線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO軸從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動，已知從圖示位置轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈中感應(yīng)電動勢大小為10 V，求：圖1715（1）交變電動勢的峰值；（2）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)動的過程中，交變電動勢的平均值解題方法：程序法交變電流瞬時(shí)表達(dá)式問題的破解程序：（1）觀察線圈的轉(zhuǎn)動軸是否與磁感線垂直；（2）在垂直的情況下，根據(jù)開始計(jì)時(shí)時(shí)線圈所處的位置確定交流電變化規(guī)律為正弦或余弦函數(shù)從中性面開始計(jì)時(shí)，電動勢是按正弦規(guī)律變化；從線圈轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，電動勢是按余弦規(guī)律變化；（3）計(jì)算電動勢最大值和角速度，寫出電動勢的瞬時(shí)表達(dá)式注：電動勢的最大值EmNBSNmNBL1L2NBS2NBSf2NBSn 2Nnm（N為線圈匝數(shù)，n為轉(zhuǎn)速）平均電動勢的計(jì)算程序：（1）確定計(jì)算的是哪段時(shí)間內(nèi)的平均電動勢；（2）找到所研究時(shí)間段t內(nèi)線圈磁通量的變化量|21|；（3）利用法拉第電磁感應(yīng)定律EN計(jì)算平均電動勢值解析：（1）圖示位置為中性面，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，交變電動勢的瞬值為eEmsint V將t，e10 V代入上式，有10Emsin，解得Em20 V（2）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中，磁通量的變化量為BS，經(jīng)歷的時(shí)間t，所以此過程中交變電動勢的平均值Em2012.7 V點(diǎn)評：在計(jì)算正弦式交變電動勢的峰值時(shí)一般使用EmNBS；計(jì)算某段時(shí)間內(nèi)交變電動勢的平均值則應(yīng)用EN，切勿亂套公式使用來計(jì)算平均值