高考物理一輪 專(zhuān)題29 交變電流的產(chǎn)生和描述學(xué)案 新課標(biāo)

1、2013年高三新課標(biāo)物理圓原優(yōu)秀學(xué)習(xí)項(xiàng)目題目29交流電的產(chǎn)生與描述課程表：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1 .了解交流電的原理、正弦電流的圖像和三角函數(shù)的表達(dá)式2.了解最大值和有效值、周期和頻率3.了解電阻、電感和電容對(duì)交流電、感抗和容抗的影響本課的重點(diǎn)：交流電的描述和有效值本課的難點(diǎn)：交流電路的分析與計(jì)算測(cè)試站點(diǎn)撥號(hào)：1。交流電的瞬時(shí)值2.交流電的最大值3.交流電的平均值4.交流電的有效值第一節(jié)課2.表征交流電的物理量(1)交流電的最大值(也稱(chēng)為峰值)，Em=。(2)交流電的有效值基于電流調(diào)節(jié)，因此交流電和直流電通過(guò)相同的電阻。如果在相等的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，我們將直流電的值稱(chēng)為交流電的有效值。交流電氣

2、設(shè)備上標(biāo)明的額定電壓和額定電流為有效值，交流電壓表和交流電流表的指示為有效值。除非另有規(guī)定，交流值指的是有效值。(3)交流電的有效值I、U和E與最大值Im、um和Em之間的關(guān)系如下。(4)循環(huán)：交流電完成一次，稱(chēng)為循環(huán)。符號(hào)為，單位為。(5)頻率：稱(chēng)為頻率。符號(hào)為_(kāi) _ _ _ _ _ _ _，單位為_(kāi) _ _ _ _ _ _ _。周期和頻率之間的關(guān)系是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(2)困難和困難的解釋1.正弦交流電的產(chǎn)生如圖所示，當(dāng)閉合矩形線圈在均勻磁場(chǎng)中繞垂直于磁感應(yīng)線的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，閉合線圈中會(huì)產(chǎn)生交流電。讓矩形線圈abcd以角速度繞oo軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，線

3、圈不切斷磁感應(yīng)線，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零。在時(shí)間t之后，ab側(cè)的線速度V方向和磁感應(yīng)線方向之間的角度等于 t。假設(shè)ab側(cè)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，bd側(cè)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，并且線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)向平行于磁感應(yīng)線的位置時(shí)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，t=，ab和cd垂直切割磁感應(yīng)線，sint=1，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，用Em表示，其中EM=BS 。那么E=EMS，單位為 t。根據(jù)閉合電路的歐姆定律：如果i=Imsint，端子電壓u=iR=ImRsint，讓Um=ImR，然后u=Umsint如果線圈從圖中所示的位置開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流和端電壓將根據(jù)余弦定律發(fā)生變化，e=Emcost，I=Ico

4、st，u=umcos t。3.正弦交流電的圖像當(dāng)線圈從中性面開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在t=0 t/4期間從0達(dá)到最大值EM，在t=t/4 t/2期間從最大值Em下降到0，在t=t/2 3t/4期間從0增加到負(fù)最大值Em電路中感應(yīng)電流、端電壓和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化是相同的，如圖所示。二、高考分?jǐn)?shù)(一)交流電的瞬時(shí)值拷點(diǎn)點(diǎn)盤(pán)它反映了不同時(shí)刻交流電流的大小和方向，正弦交流電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為：注意從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)。日常生活中使用的電源電壓為220伏，其最大值為220伏=311伏(有時(shí)寫(xiě)成310伏)，頻率為50HZ，因此其瞬時(shí)電壓值的表達(dá)式為=311V英寸314伏。示例1有一個(gè)正弦交流電源，有效電壓

5、U=120V伏，頻率f=50Hz赫茲，用于向霓虹燈供電。如果霓虹燈的激勵(lì)電壓和熄滅電壓為U0=60V，試著估計(jì)霓虹燈在一小時(shí)內(nèi)點(diǎn)亮多長(zhǎng)時(shí)間。為什么人眼感覺(jué)不到這種閃爍現(xiàn)象？(2)交流電的最大值拷點(diǎn)點(diǎn)盤(pán)也稱(chēng)為峰值，它是反映交流電變化范圍的最大瞬時(shí)值。當(dāng)線圈平面平行于磁感應(yīng)線時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)最大(轉(zhuǎn)軸垂直于磁感應(yīng)線)。當(dāng)電容器連接在交流電路中時(shí)，交流電壓的最大值不能超過(guò)電容器的耐受電壓值。示例2在220伏交流電路中連接一個(gè)電容器。為了確保電容器不被擊穿，電容器的耐受電壓是多少？分析：不少于200伏，許多學(xué)生將電容器與燈泡相比較。額定電壓為220伏的燈泡接入220伏交流電源正常發(fā)光。因此，認(rèn)為電容器的

6、耐受電壓不應(yīng)低于220伏是錯(cuò)誤的。事實(shí)上，電容器是連接到交流電路進(jìn)行連續(xù)充電和放電的。電容器兩極之間的最大電壓可達(dá)200伏，因此電容器C的耐壓不應(yīng)低于200伏.第二節(jié)課時(shí)間(3)交流電的平均值拷點(diǎn)點(diǎn)盤(pán)交流電的平均值是指交流電圖像中由圖形線和水平軸包圍的面積與時(shí)間的比率。這個(gè)值可以用法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)計(jì)算。特別是，當(dāng)線圈從中性表面轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)，不應(yīng)使用算術(shù)平均法來(lái)計(jì)算平均值。平均值不等于有效值。上述關(guān)系不適用于非正弦電流的有效值，該有效值應(yīng)根據(jù)定義進(jìn)行計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，交流電壓和電流是由電壓表和電流表測(cè)量的，它們指的是有效值。電器上標(biāo)明的電壓和電流值也指有效值。在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體的交流電產(chǎn)生的熱和熱

7、功以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能使用有效值。對(duì)于電加熱，應(yīng)使用有效值。首先得到總的電加熱Q，然后根據(jù)內(nèi)外電阻之比得到R上產(chǎn)生的電加熱QR。,這里的電流必須使用有效值，而不是平均值、最大值或瞬時(shí)值。(3)根據(jù)能量守恒定律，外力做功的過(guò)程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，電流通過(guò)電阻，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即釋放出電熱。因此，我們必須學(xué)會(huì)用能量轉(zhuǎn)換和守恒定律來(lái)分析功和能量。在這個(gè)問(wèn)題中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)該由電流的有效值來(lái)計(jì)算。因?yàn)樗荒苡?jì)算，所以只能由能量關(guān)系來(lái)計(jì)算。測(cè)試中心精煉參考答案(2)當(dāng)線框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，由于有效切削長(zhǎng)度根據(jù)正弦規(guī)律變化，線框中的電流也根據(jù)正弦規(guī)律變化(線框中暫時(shí)沒(méi)有電流)。電動(dòng)勢(shì)

8、的有效值是：V通電時(shí)間：s拉力做功：j第三，測(cè)試中心實(shí)施培訓(xùn)1.當(dāng)矩形線圈在均勻磁場(chǎng)中以均勻的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式是e=10sin4tV，然后是()A.交變電動(dòng)勢(shì)的頻率是2Hz。線圈平面在零時(shí)刻垂直于磁場(chǎng)C.當(dāng)t=0.25 s時(shí)，e達(dá)到最大值。在1秒內(nèi)，線圈中的電流方向改變100次2.以下關(guān)于交流電的說(shuō)法是正確的()A.交流電的大小和方向必須隨時(shí)間變化B.交流電的有效值是平均值C.當(dāng)線圈平面垂直于磁場(chǎng)時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零當(dāng)線圈平面平行于磁場(chǎng)時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零3.具有n匝和s面積的矩形線圈在均勻磁場(chǎng)中繞垂直于磁感應(yīng)線的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)，磁

9、感應(yīng)強(qiáng)度為b。開(kāi)始時(shí)，線圈平面平行于磁場(chǎng)。對(duì)于它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)，下面的判斷是正確的()A.瞬時(shí)表達(dá)式為e=NBSsint B .效應(yīng)8.均勻磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)方向平行于紙面，垂直于ab。當(dāng)t=0時(shí)，線圈平面與紙張表面重合(如圖所示)，線圈的cd側(cè)從紙張表面向外移動(dòng)。如果規(guī)定abcda方向的感應(yīng)電流為正，則反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間T變化的曲線圖為()9.正弦交流電源用電阻R和交流電壓連接，如圖A所示，R=10，交流電壓表指示為10V，圖B為交流電源輸出電壓U隨時(shí)間變化的圖像，則：佳圖A.流過(guò)r的電流I隨時(shí)間t而變化，I=cos100 t (a)B.流經(jīng)電阻r的電流I隨時(shí)間t而變化，I=50t()c.r上的電壓uR隨時(shí)間t的變化規(guī)律是uR=5cos100t(v)d.r兩端電壓uR隨時(shí)間t的變化規(guī)律是uR=5cos50t(v)10.將硬線中段折疊成一個(gè)未密封的正方形，每邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖所示，在均勻磁場(chǎng)中勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為N。硬線通過(guò)A、B處的電刷與外部電路相連，外部電路與額定功率為P的小燈泡相連，正常發(fā)光。除了燈泡外，其余電路的電阻不計(jì)算在內(nèi)。燈泡的電阻應(yīng)為：11.矩形線圈在均勻磁場(chǎng)中繞垂直磁感應(yīng)線的對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，形成如圖所示的交變電動(dòng)勢(shì)圖像。試著從圖像中