2019版高中物理 第2章 交变电流与发电机章末学案 沪科版选修3-2.doc

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1、1第第 2 2 章章 交变电流与发电机交变电流与发电机章末总结章末总结一、交变电流有效值的计算1一般交变电流有效值的求法分段求和QI2RTI Rt1I Rt22 12 22说明：(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的，与电流的方向无关，计算电功和热量必须用有效值；(2)有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的；(3)交流电压表和交流电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交变电流变成了等效的直流电，所以交流电表读出的就是交变电流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动3正弦(或余弦)交变电流有效值与最大值之间的关系I，UImax2Umax2

2、4一般用电器上标注的额定值是有效值，而电容器上标注的是最大值例 1 下列各图中电流的有效值为的是( )Im 22答案 B解析 A、C 两选项中电流的有效值均为Im；B 选项中，根据()2R I2RT得，I.22Im2T 2Im 2故 B 正确；D 选项中，由I R I2RT得，IIm，D 错误2 mT 222二、交变电流图像的应用交变电流的图像反映了感应电动势(感应电流)随时间的变化特征，对正弦式交变电流来说，我们可以从图像中获取如下信息：1交变电流的周期(T)交变电流完成一次周期性变化所需的时间，知道了周期便可以算出线圈转动的角速度.2 T2交变电流的最大值(Emax、Imax)图像上的最大

3、值，知道了最大值，便可计算出感应电动势(感应电流)的有效值3任意时刻交变电流的瞬时值图像上每个“点”表示某一时刻交变电流的瞬时值例 2 (多选)交流电源的输出电压u随时间t变化的图像如图 1 所示，则下列说法正确的是( )图 1A交变电流的频率 50 HzB交变电流的周期为 2 sC交流电压的瞬时值表达式为u220sin(100t) V2D交流电压的有效值为 220 V答案 ACD3解析 由图像可知，交变电流的周期为T2102s，频率f 50 Hz，最大值为 220 1 T2V，由UUmax知，有效值为 220 V，瞬时值为u220sin (100t) V，故选项 A、C、D122正确三、交变

4、电流“四值”的计算和应用1最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值EmaxnBS，在考虑电容器的耐压值时应根据交变电流的最大值2有效值：正弦式交变电流的有效值I，其他交变电流的有效值应根据有效值的定Imax2义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交变电流的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值3瞬时值：当线圈平面处于中性面时开始计时，瞬时电动势的表达式为eEmaxsin t.瞬时值对应某一时刻的电压、电流值4平均值：平均值需用 n和 进行计算，求一段时间内通过导体横

5、截面的电荷量E tIE R时要用平均值q tn.I R例 3 图 2 为一个小型旋转电枢式交流发电机结构示意图，其矩形线圈的长度为L1，宽度为L2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO匀速运动，沿转轴OO方向看去，线圈沿逆时针方向转动，t0 时刻线圈平面与磁感线垂直图 2(1)求线圈经过图示位置时，通过电阻R的感应电流的方向(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式(3)求线圈从t0 时所处的位置开始到转过 90的过程中的平均感应电动势(4)求线圈从t0 时所处的位置开始转过 60

6、时电路中的瞬时电流(5)求线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量4答案 (1)自下而上 (2)enBL1L2sin t (3) (4) (5)2nBL1L2 3nBL1L22Rrn2B2L2 1L2 2RRr2解析 (1)根据右手定则可判断，线圈中的电流方向是dcba，故通过电阻R的电流是自下而上(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势EmnBL1L2，所以感应电动势的瞬时值表达式enBL1L2sin t.(3)由法拉第电磁感应定律有n.E tnBL1L2 22nBL1L2 (4)由闭合电路欧姆定律有i.e RrnBL1L2sin 3 Rr3nBL1L22Rr(5

7、)电动势的有效值E，2nBL1L22电流的有效值I，2nBL1L22Rr线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量QI2RT.n2B2L2 1L2 2RRr21(交变电流有效值的计算)如图 3 所示的电流通过图中的电阻R，则理想交流电流表的示数为( )图 3A5 A B2.5 AC. A D5 A52 22答案 B解析 交流电流表的示数为电流的有效值，题图中的It图像是正弦半波交变电流曲线，5在半个周期内，它的有效值与正弦交变电流的有效值相同，再根据该电流在一个周期内所做的功和其有效值做功等效的关系，就可以求出电流表的示数，因为Imax5 A，IImax25 2A，所以有I RT，IA2.5 A.2

8、I2RT 22 AI22(交变电流图像的应用)将阻值为 5 的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图 4 所示下列说法中正确的是( )图 4A电路中交变电流的频率为 0.25 HzB交变电流的瞬时值表达式为isin 50t22C电阻消耗的电功率为 2.5 WD用理想交流电压表测得电阻两端的电压为 5 V答案 C解析 电路中交变电流的频率为f Hz25 Hz，选项 A 错误；通过电阻的1 T1 4 102电流最大值Im1 A，2f50 rad/s，故电流瞬时值表达式isin 50t A，Em R选项 B 错误；电阻消耗的电功率为PI2R25 W2.5 W，选项 C 正确；用

9、理想交流(22)电压表测得电阻两端的电压为UIR5 V2.5 V，选项 D 错误2223(交变电流“四值”的计算和应用)如图 5 所示，有一单匝闭合的正方形线圈，边长为 20 cm，线圈绕垂直磁场的OO轴在B1.0 T 的匀强磁场中匀速转动，角速度为100 rad/s，若已知线圈电阻为 1 ，求：图 5(1)感应电动势的最大值；6(2)从图示位置转过的过程中感应电动势的平均值； 2(3)线圈从图示位置转过的过程中产生的热量Q； 2(4)线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某横截面的电荷量q. 2答案 (1)4 V (2)2.55 V (3)0.13 J (4)0.04 C解析 (1)由题意可知，感应电动势的最大值为EmaxBS4 V.(2)线圈从图示位置转过的过程中，磁通量的变化 BS，经历时间 t，所以此 2 2过程中感应电动势的平均值为Emax2.55 V.E t2BS 2 (3)线圈中感应电流的有效值为I2 A.Imax2Emax2R2线圈转过的时间 2t s.T 4 2 200所以在转动过程中产生的热量为QI2Rt0.13 J.(4)线圈转过过程中的感应电流的平均值为 2 A.IE R8 所以在转动过程中流过线圈某横截面的电荷量为q t0.04 C.I