11-12学年高二物理学案：5.2描述交变电流的物理量学案（人教版选修3-2）.docx

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1、11-12学年高二物理学案：5.2描述交变电流的物理量学案（人教版选修3-2）描述交变电流的物理量学案课件练习 二.描述交变电流的物理量【要点导学】表征交变电流的物理量（1）瞬时值：沟通电的瞬时值反映的是不同时刻沟通电的大小和方向，瞬时值是时间的函数，不同时刻瞬时值不同。正弦沟通电瞬时值的表达式为e=EmsintU=Umsint（2）最大值：沟通电的最大值反映的是沟通电大小的改变范围，当线圈平面与磁力线平行时，沟通电动势最大，EmNBS，瞬时值与最大值的关系是：EmeEm。（3）有效值：沟通电的有效值是依据电流的热效应来规定的。即在同一时间内，跟某一沟通电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值

2、，叫做该沟通电的有效值，正弦沟通电的有效值与最大值之间的关系是：E=Em/U=Um/I=Im/各种沟通电电气设备上所标的、沟通电表上所测得的以及在叙述中没有特殊加以说明的沟通电的最大值，都是指有效值。（4）平均值：沟通电的平均值是沟通电图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，用e=nt计算（5）表征交变电流改变快慢的物理量周期T：电流完成一次周期性改变所用的时间。单位：s.频率f：一秒内完成周期性改变的次数。单位：HZ.角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s.角速度、频率、周期的关系=2f=2/T 【范例精析】例1、图521表示一交变电流随时间改变的图象。此交变电流的有效值

3、是：（）A.5安B.5安C.3.5安D.3.5安解析:很多同学对交变电流有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交变电流的最大值是有效值的倍的关系，干脆得出有效值.由图象知该交变电流不是正弦沟通电，因此不能套用I=Im/公式求，必需从有效值的定义考虑。设该交变电流的有效值为I，通过电阻R，在一个周期时间内产生的热量为Q，则Q=I2RT。题中的沟通电通过相同电阻R在一个周期内产生的热量为Q，则Q=I12RT/2+I22RT/2因Q=Q，有I2RT=I12RT/2+I22RT/2I=5（安）故选项B正确。例2、如图522所示，在匀强磁场中有一个“冂”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感强度

4、B=5/T，线框的CD边长为20cm.CE、DF长均为10cm，转速为50r/s，若从图示位置起先计时，（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；（2）若线框电阻r=3,再将AB两端接“6V，12W”灯泡，小灯泡能否正常发光？若不能，小灯泡实际功率多大？解析：（1）留意到图示位置磁感线与线圈平面平行，瞬时值表达式应为余弦函数，先出最大值和角频率：=2n=100rad/sEm=BS=5/0.20.1100=10(V)所以电动势瞬时表达式应为：e=10cos100t(V)。（2）小灯泡的电阻为R=U额2额62/12=3，先求出交变电流电动势有效值E=Em/=10(V)此后电路可看成恒定电流电路，由

5、于R=r,U=Em/2=5V，小于额定电压，故小灯泡不能正常发光。其实际功率是p=U2/R=52/3=25/3=8.3(W)拓展：在沟通电路中，计算沟通的发热功率及热量必需用有效值。另外，沟通电表的读数也为有效值。但在计算流过电路中的电量时用电流平均值计算，即：q=it=（N/Rt）t=N/R。例3、将电阻为r的直导线abcd沿矩形框架边缘加以弯曲，折成“”形，其中ab=cd=L1，bc=L2。在线端a、d间接电阻R和电流表A，且以a、d端连线为轴，以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，如图5-2-3所示，求：（1）沟通电流表A的示数；（2）从图示位置转过90角的过程中，电阻R上产生的

6、热量；（3）写出弯曲导线转动过程中，从图示位置起先计时的电动势的表达式。解析：（1）弯曲导线转到图示位置时有感应电动势的峰值为Em=BL2L1=BL1L2产生电流的峰值为Im=Em/(R+r)=BL1L2/(R+r)电流表A的示数I=Im/=BL1L2/2(R+r)（2）由图示位置转过90角所用时间t=T/4=/电阻R上产生的热量为QR=I2Rt=RB2L12L22/4(R+r)2（3）电动势为e=Emcost=BL1L2cost【实力训练】1、一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律改变，其瞬时值的表达式为e=220sin100tV，下列说法中正确的是：(ABD)A频率是50

7、HzB.当t=0时，线圈平面与中性面重合C当t=1/100s时，e的值最大，为220VD线圈转动的角速度为314rad/s2、下列数据中不属于交变电流有效值的是（C）A.沟通电表的示数B.灯泡的额定电压C.电容器的耐压值D.保险丝的额定电流3、一个接在直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1，若把它接到电压最大值与直流电压相等的正弦式沟通电源上，该电热器所消耗的电功率为P2，则P1：P2为：(A)A.2：1B.1：2C.1：1D.1：4、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T。从中性面起先计时，当t=T/12时，线圈中感应电动势的瞬时值为2V，则此交变电流的有效值为（A）A.

8、2VB.2VC.VD./2V5、一电阻接在20V的直流电源上，消耗的电功率为10W，把这一电阻接在某一沟通电源上，该沟通电源的输出电压u随时间t改变的图象如图5-2-4所示，则这一电阻消耗的电功率为（A）A.5WB.7.07WC.10WD.14.1W6、在电阻R上分别加如图5-2-5（1）、（2）所示的交变电压u1和u2，在较长的相等时间内，内阻R上产生的热量相等，电阻R的阻值改变可以忽视，那么（BC）A.交变电压u2的最大值Um等于UB.交变电压u2的最大值Um等于UC.交变电压u1的有效值等于UD.交变电压u1的有效值等于U/7、沟通电的有效值是依据电流的热效应来规定的，那么，在计算一个通

9、有交变电流的电阻产生的热量或电阻的热功率时，是用交变电流的瞬时值、最大值还是有效值？若一个10的电阻，通过的电流为i=2sin314tA，那么这个电阻的热功率是多大？有效值20W8、一个正弦规律改变的交变电流的图象如图5-2-6所示，依据图象计算：（1）交变电流的频率。（2）交变电流的有效值。（3）写出该电流的瞬时值表达式。（4）在什么时刻该电流的瞬时值大小与其有效值相等。（1）50HZ（2）10A（3）i=20sin100t（A）（4）t=0.0025(2n+1)n=(0,1,2,3,)9、求如图5-2-7所示的交变电流的有效值。4.33A10、沟通发电机模型的矩形线圈abcd在匀强磁场中绕

10、与磁场垂直的轴匀速转动。线圈共有n匝，边长ab=L1，bc=L2，线圈的内电阻为r，外电阻为R，磁感应强度是B，线圈转动的角速度是，如图5-2-8所示。求：（1）转动过程中电流表的读数。（2）线圈转动一周，外力做了多少功？nBL1L2/2(R+r)Rn2B2L12L22/4(R+r)211、单匝矩形线圈abcd绕ad边为轴在匀强磁场B中匀速转动，如图529所示，图中ab=L1,bc=L2,线框电阻为r,ad间接入的电阻为R。R与志向电流表A串联，线圈角速度为，求：（1）电流表A的读数。（2）从图示位置转过90的过程中通过电流表的总电量q。（3）从图示位置转过90的过程中电阻R上产生的热量Q热。

11、BL1L2/(R+r)BL1L2/(R+r)RB2L12L22/4(R+r)2 表征交变电流物理量表征交变电流物理量 教学目的： l、驾驭表征交变电流大小物理量 2、理解有效值的定义并会用它解决相关问题 3、驾驭表征交变电流改变快慢的物理量 教学重点：表征沟通电的几个物理量，特殊是“有效值” 教学难点：有效值的理解 教学方法：启发式综合教学法 教学用具：幻灯片、沟通发电机模型、演示电流表、 教学过程： 一、学问回顾 （一）、交变电流： 大小和方向都随时间作周期性改变的电流叫做交变电流，简称沟通如图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于沟通，其中按正弦规律改变的沟通叫正弦沟通如图（b）所示而（

12、a）、(d)为直流，其中（a）为恒定电流 （二）、正弦沟通的产生及改变规律 1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的沟通是随时间按正弦规律改变的即正弦沟通 2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面这一位置穿过线圈的磁通量最大，但各边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量改变率为零，线圈中无感应电动势 3、规律： （1）函数表达式：匝面积为的线圈以角速度转动，从中性面起先计时，则用表示峰值,则在纯电阻电路中， 电流： 电压： （2）图象表示： 二、新课教学： 1、表征交变电流大小物理量 瞬时值：对应某一时刻的沟通的值，用小写字母表示， 峰值：即

13、最大的瞬时值用大写字母表示，,， , 留意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为，即仅由匝数，线圈面积，磁感强度和角速度四个量确定与轴的详细位置，线圈的形态及线圈是否闭合都是无关的 有效值： 、意义：描述沟通电做功或热效应的物理量 、定义：跟沟通热效应相等的恒定电流的值叫做沟通的有效值 、正弦沟通的有效值与峰值之间的关系是；. 留意：正弦沟通的有效值和峰值之间具有；的关系，非正弦（或余弦）沟通无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值即 、沟通用电器的额定

14、电压和额定电流指的是有效值；沟通电流表和沟通电压表的读数是有效值对于沟通电若没有特别说明的均指有效值 、在求沟通电的功、功率或电热时必需用沟通电的有效值 峰值、有效值、平均值在应用上的区分 峰值是沟通改变中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义若对含电容电路，在推断电容器是否会被击穿时，则需考虑沟通的峰值是否超过电容器的耐压值 沟通的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的沟通来说，其有效值是肯定的而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的改变量来确定，在不同的时间段里是不相同的如对正弦沟通，其正半周或负半周的平均电动势大小为： ，而一周期内的平均电动势却为零在计算沟通通过电

15、阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值 在实际应用中，沟通电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，沟通电流表和沟通电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特殊说明，提到的电流、电压、电动势都是指有效值 、表征交变电流改变快慢的物理量 周期：电流完成一次周期性改变所用的时间单位：s. 频率：一秒内完成周期性改变的次数单位：Z. 角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度单位：rad/s. 、角速度、频率和周期的关系： 3、疑难辨析 沟通电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的改变率成正比当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线

16、圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律改变的，若从中性面起先计时，时，磁通量最大，应为余弦函数，此刻改变率为零（切线斜率为零），时，磁通量为零，此刻改变率最大（切线斜率最大），因此从中性面起先计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如上图（a）（b）所示分别是和 表征交变电流的物理量 教学目的： l、驾驭表征交变电流大小物理量。 2、理解有效值的定义并会用它解决相关问题。 3、驾驭表征交变电流改变快慢的物理量。 教学重点： 驾驭表征交变电流大小物理量。理解有效值的定义并会用它解决相关问题 教学难点： 有效值的理解 教学打算： 幻灯片、沟通发电机模型、演示电流表、 教学过程： 一、学问回顾 （一）、交

17、变电流： 的电阻上，在0.05s内电阻上产生的热量（） A、可能为零 B、肯定为0.25J C、不行能大于0.25J D、可能小于是0.25J 2、某沟通电压随时间的改变规律如图15-14所示，则此沟通电的频率是_Hz。若将该电压加在10uf的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_V；沟通电压的有效值等于_V 5.1交变电流学案（人教版选修3-2） 5.1交变电流学案（人教版选修3-2） 1大小和方向都随时间做周期性改变的电流叫做_，方向不随时间改变的电流称为_，大小和方向都不随时间改变的电流称为_2线圈在_磁场中绕_的轴匀速转动时，产生交变电流，此交变电流按正弦规律改变叫做_电流，其电动势的瞬

18、时值表达式为e_，其中Em_.3下列各图中，哪些状况线圈中能产生沟通电()4下图所示的4种电流随时间改变的图中，属于交变电流的有()5矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是()A在中性面时，通过线圈的磁通量最大B在中性面时，感应电动势最大C穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的改变率也为零【概念规律练】学问点一交变电流的产生1如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个试验，正确的说法是()图1A线圈每转动一周，指针左右摇摆两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图示位置ab边的感应电流方向为abD线圈平面与磁场方向平行时，

19、磁通量改变率为零2处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图2所示)，线圈的cd边离开纸面对外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t改变的图线是()学问点二交变电流的改变规律3闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为2V，则从中性面起先计时，所产生的沟通电动势的表达式为e_V，电动势的峰值为_V，从中性面起经148s，沟通电动势的大小为_V.4有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1，线框绕OO轴以1

20、0rad/s的角速度匀速转动，如图3所示，垂直于线框平面对里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T问：图3(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间改变的表达式【方法技巧练】一、瞬时值、平均值的计算方法5矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为10r/min，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为0.03Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为3时，感应电动势为多少？ 6如图4所示，匝数为n，面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转

21、动，角速度为，求线圈从图示位置转过180时间内的平均感应电动势图4 二、交变电流图象的应用7矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动线圈中的感应电动势e随时间t的改变如图5所示下面说法中正确的是()图5At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的肯定值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量改变率的肯定值最大D每当e变换方向时，通过线圈的磁通量肯定值都为最大8一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的改变图象如图6所示，则下列说法中，正确的是()图6At0时刻，线圈平面与中性面垂直Bt0.01s时刻，穿过线圈平面的磁通量的改变率最大Ct0.02

22、s时刻，线圈中有最大感应电动势Dt0.03s时刻，线圈中有最大感应电流参考答案课前预习练1交变电流直流恒定电流2匀强垂直于磁感线正弦式交变EmsintnBS3BCDA中线圈中的磁通量始终是零，故无感应电流产生；B、C、D中都是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，故能产生沟通电，则B、C、D正确4CD恒定电流是强弱和方向都不随时间变更，交变电流是强弱和方向都随时间变更，正弦式交变电流是按正弦规律改变的交变电流，图象中数值的正、负表示电流方向A选项中电流数值总为正，表示电流方向不变，是恒定电流B选项中图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间改变，也是恒定电流C、D

23、选项中电流强度和方向都随时间做周期性改变，是交变电流因此，是交变电流的只有C和D，是正弦式交变电流的只有D.5A中性面和磁场垂直，磁通量最大，磁通量的改变率为零课堂探究练1C线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性改变的交变电流，线圈经过中性面时电流变更方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向变更两次，指针左右摇摆一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为ab，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的改变率最大，B、D错误。点评线圈平

24、面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面线圈平面经过中性面时，电流方向就发生变更线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向变更两次线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的改变率为零(即各边都不切割)，所以感应电动势为零2C线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律改变的沟通电对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面对纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则推断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同所以C对点评线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律改变的沟通电其中“线圈”无特别要求，即矩

25、形线圈、圆形线圈等其他形态都可，“绕某一轴匀速转动”，只要求此轴垂直于磁场方向，没有其他限制条件32sin8t21解析当线圈平面与磁场平行时(S/B)，感应电动势最大，即Em2V，2n2240608rad/s，则从中性面起先计时，瞬时值表达式：eEmsint2sin8tV，当t148s时，e2sin(8148)V1V.点评当闭合线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面起先计时时产生正弦式沟通电电动势的表达式eEmsint，Em为最大值即当线圈平面与磁场方向平行时的瞬时值，为转动角速度4(1)6.28V6.28A(2)5.44V(3)e6.28sin10tV解析(1)交变电流电动势最大值为Emn

26、BS100.50.2210V6.28V，电流的最大值为ImEm/R6.281A6.28A.(2)线框转过60时，感应电动势eEmsin605.44V.(3)由于线框转动是从中性面起先计时的，所以瞬时值表达式为eEmsint6.28sin10tV.点评电动势最大值EmnBS.当计时起点为中性面位置时表达式为eEmsint当计时起点为线圈平面与磁场方向平行时，表达式为eEmcost.51V32V解析由题意知：m0.03Wb2n210160rad/s13rad/s.线圈转至与磁感线平行时，感应电动势最大，故EmNBSNm1000.0313V1V瞬时值表达式eEmsintsint3V当t3时，esin

27、3V32V.方法总结要记住两个特别位置感应电动势的瞬时值，即中性面位置e0；线圈平面与磁感线平行的位置eEmnBS.确定线圈从哪个位置起先计时的，从而确定电动势的瞬时值表达式是正弦形式还是余弦形式6.2nBS解析由楞次定律可推断线圈从图示位置转过180时间内，线圈中的平均感应电动势E0.磁通量是没有方向的标量，但却有正负假如我们规定磁感线从线圈的一侧穿入另一侧，穿出磁通量为正，那么从另一侧穿入这一侧穿出时，磁通量就为负了设线圈转过180时，穿过它的磁通量BS，那么图示位置时穿过它的磁通量BS.由法拉第电磁感应定律得：Entn12TnBSBS1222nBS.方法总结平均感应电动势不等于始、末两瞬

28、时电动势值的平均值，必需用法拉第电磁感应定律计算即Ent.7Dt1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的改变率为零，A、C错误；t2时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂面位置，穿过线圈的磁通量为零，B错误；由于线圈每过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的肯定值最大，e变换方向，所以D正确方法总结当感应电动势最大时，磁通量的改变率最大，磁通量却最小8ABCD由题意可知msint时，其感应电动势应为eEmcost，当t0时，0，线圈平面与中性面垂直，穿过线圈平面的磁通量的改变率最大，线圈中有最大的感应电动势和感应电流，此类时刻还有0.01s，0.02s，0.03s，所以答案为A、B、C、D.方法总结由Et可知，交变电流的电动势随线圈的磁通量的改变而改变，即由的改变可推知感应电动势的改变规律(当msint时eEmcost，当mcost时，eEmsint) 第17页 共17页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页第 17 页 共 17 页