【物理】2018届二轮复习交变电流的产生和描述学案（全国通用） 8页

交变电流的产生和描述部分教 案（2）‎ ‎【 习目标】‎ ‎1．通过阅读教材， 生能正确说出交变电流产生的条件，并能熟练写出正弦式交变电流的表达式 ‎2．通过阅读教材， 生能正确说出描述正弦式交变电流的四值，并能熟练计算 ‎3．通过实例分析， 生能够熟练解决波的多解性问题及波的叠加及干涉问题 ‎【重点难点】‎ 重点：正弦式交变电流产生原理、交流四值的理解和计算 难点：利用交流四值解决实际问题 ‎【导 流程】‎ 一、正弦式交流电产生的原理 情景设置：矩形线框绕垂直于匀强磁场的轴O转动时，线圈的两条边切割磁感线产生感应电动势，如图4所示．设线圈的匝数为n，转动角速度为ω，两对边分别为l1和l2(其中ab边为l1，ad边为l2)．若从中性面开始计时，经时间t转到如图所示位置．则t时间线框转过ωt角．‎ ab边产生的电动势：__________________‎ cd边产生的电动势：__________________‎ 由右手定则可知：e1和e2环绕方向相同．‎ 故总电动势e＝e1＋e2＝____________＝____________ ，‎ 其中___________为电动势的最大值．‎ ‎【例1】 如图所示，边长为l的正方形线圈abcd的匝数为n，ad边的中点和bc边的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，线圈与外电阻R构成闭合电路，整个线圈的电阻为r.现在让线圈以OO′连线为轴，以角速度ω匀速转动，从图示时刻开始计时，求：‎ ‎(1)闭合电路中电流瞬时值i的表达式；‎ ‎(2)当t＝时，电阻R两端的电压值．‎ ‎[针对训练1]在匀强磁场中，一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图6所示，产生的交变电动势的图象如图所示，则(　　)‎ A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 C．线框产生的交变电动势有效值为311 V D．线框产生的交变电动势频率为100 Hz 二、正弦式交流电的图象的应用 ‎　　‎ 物理量　　‎ 函数 ‎(从中性面计时)‎ 图象 磁通量[ :Z|xx|k.Com]‎ Φ＝Φmcos ωt ‎　＝BScos ωt 电动势[ : _ _ ]‎ e＝Emsin ωt ‎　＝nBSωsin ωt 路端电压 u＝Umsin ωt ‎　‎ 电流 i＝Imsin ωt ‎　‎ ‎【例2】 如图8(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，如图(b)所示，并规定当电流自a流向b时为正方向．则下面所示的四幅图中正确的是(　　)‎ ‎[针对训练2]　小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是(　　)‎ A．交变电流的周期为0.125 s B．交变电流的频率为8 Hz C．交变电流的的有效值为 A D．交变电流的的最大值为‎4 A 三、非正弦交流电有效值的计算方法 只有正弦式交变电流才能用______________的关系求最大值，其他交变电流都不满足这一关系，只能根据有效值的定义进行计算．计算时要注意两点，一：若交变电流正负半周最大值不相等时，应分段计算电热；二：取一个周期计算电热．‎ ‎【例3】 如图所示为一交变电流的i－t图象，该交变电流的有效值为多少？‎ ‎[针对训练3]　如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为(　　)‎ A. B. C. D. 四、交流电四值的比较和应用 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt ‎ i＝Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝‎ 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 对正(余)弦交变电流有：E＝Em/ ‎ U＝Um/ ‎ I＝Im/ ‎(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等) ‎ ‎(2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值 ‎(3)保险丝的熔断电流值为有效值 平均值 交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 ＝Bl ＝n ＝ 计算通过电路截面的电荷量 ‎【例4】 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图12甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则(　　)‎ A．电压表V的示数为220 V B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J ‎[针对训练4]　如图13所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为‎1 A．那么(　　)[ : ]‎ A．线圈消耗的电功率为4 W B．线圈中感应电流的有效值为‎2 A C．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4cos t D．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝sin t 小组讨论问题预设 ‎1.1/2小组讨论基础知识部分的问题； 2.小组讨论探究部分的问题。‎ 提问展示问题预设 ‎1. 口头原地提问展示讨论基础知识部分及探究问题； 2. 板书展示探究问题中的例题；‎ 课堂训练问题预设 ‎1．图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是(　　)‎ ‎2．下面关于交变电流的说法中正确的是(　　)‎ A．交流电器设备上所标的电压值和电流值是交变电流的峰值 B．用交流电流表和电压表测定的数值是交变电流的瞬时值 C．给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下指的都是有效值 D．跟交变电流有相同的热效应的直流电数值是交变电流的有效值 ‎3．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图1甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大 D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 ‎4．两个完全相同的电热器，分别通以图2甲、乙所示的峰值相等的矩形交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比P甲∶P乙等于(　　)‎ A.∶1 B．2∶‎1 ‎ C．4∶1 D．1∶1‎ ‎5．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图3所示，由图可知(　　)‎ A．该交流电的电压的有效值为100 V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin 25t V D．若将该交流电压加在阻值为100 Ω的电阻两端，则该电阻消耗的功率为50 W ‎【基础演练】‎ ‎1．如下图所示的线圈中产生了交变电流的是(　　)‎ ‎2．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知(　　)‎ A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin (25t) V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电的电压的有效值为100 V D．若将该交流电压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W ‎3．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．线圈每个周期内通过中性面两次，电流方向改变一次 ‎4．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流的电动势e＝220sin 100πt V，那么 A．该交变电流的频率是100 Hz B．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直 C．当t＝ s时，e有最大值 D．该交变电流电动势的有效值为220 V ‎5．如图15甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度．给该台灯接220 V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为(　　)‎ A．220 V B．110 V C. V D. V ‎6．电吹风是电动机带动风叶转动的装置，电热丝给空气加热得到热风．设电动机线圈和电热丝的总电阻为R，接在一电压为u＝U0sin ωt的交流电 上，若已知电吹风使用时消耗的功率为P，通过电热丝和电动机线圈的总电流为I，则有(　　)‎ A．P>　 B．P>I2R　 C．P＝I2R　 D．P＝U0I ‎7．在两块金属板上加上交变电压u＝Umsin t，当t＝0时，板间有一个电子正好处于静止状态．下面关于电子以后的运动情况的判断正确的是(　　)‎ A．t＝T时，电子回到原出发点 B．电子始终向一个方向运动 C．t＝T/2时，电子将有最大速度 D．t＝T/2时，电子的位移最大 ‎8．如图所示，在一匀强磁场中有一“”形导体框bacd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可以在ab、cd上无摩擦地滑动，杆ef及线框中导体的电阻都可不计．开始时，给ef一个向右的初速度，则(　　)‎ A．ef将减速向右运动，但不是匀减速 B．ef将匀速向右运动，最后停止 C．ef将匀速向右运动 D．ef将做往复运动 ‎9.如图所示，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中(　　)‎ A．运动的平均速度大小为v B．下滑的位移大小为 C．产生的焦耳热为qBLv D．受到的最大安培力大小为sin θ ‎10．如图所示，有两根与水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长．空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下．经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则 A．如果B增大，vm将变大 B．如果α变大，vm将变大 C．如果R变大，vm将变大 D．如果m变小，vm将变大 ‎11．两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则(　　)‎ A．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g B．金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为a→b C．金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为F＝ D．电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少 ‎5．如图所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中．一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)．设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g.则此过程(　　)‎ A．杆的速度最大值为 B．流过电阻R的电量为 C．恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D．恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 ‎ ‎8.把电压u＝120sin ωt V、频率为50 Hz的交变电流加在激发电压和熄灭电压均为u0＝60 V的霓虹灯的两端．‎ ‎(1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长．‎ ‎(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？‎ ‎(已知人眼的视觉暂留时间约为 s)‎