1、第十章交变电流学案48 交变电流的产生和描述一、概念规律题组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随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是()图1At1、t3时刻通过线圈的磁通量
2、变化率最大Bt1、t3时刻线圈中感应电流方向改变Ct2、t4时刻线圈中磁通量最大Dt2、t4时刻线圈中感应电动势最小二、思想方法题组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()图2A.1 B21 C41 D115一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()图3A该交流电的电压的有效值为100 VB该交流电的频率为25 HzC该交流电压瞬时值的表达式为u100sin 25t VD若将该交流电压加在阻值为100 的电阻两端，则该电阻消耗的功率为50 W一、正弦式交流电产生的原理图4矩形线框绕垂直于匀强
3、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，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t角ab边产生的电动势e1nBl1l2sin t.cd边产生的电动势e2nBl1l2sin t.由右手定则可知：e1和e2环绕方向相同故总电动势ee1e2nBl1l2sin tnBSsin t.其中nBS为电动势的最大值图5【例1】 如图5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
4、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两端的电压值规范思维针对训练1(2011天津4)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7所示，则() 图6图7At0.005 s时线框的磁通量变化率为零Bt0.01 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 VD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mcos tBScos t电动势eEmsin tnBSsi
5、n t路端电压uUmsin t电流iImsin t【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以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角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()图8规范思维图9针对训练2(2008广东单科5)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9所示，此线圈与一个R10 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 sB交变电流的频率为8 HzC交变电流的的有效值为 AD
6、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，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10所示为一交变电流的it图象，该交变电流的有效值为多少？图10规范思维针对训练3图11(2011安徽19)如图11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
7、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eEmsin t iImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值EmnBSIm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：EEm/ UUm/ IIm/(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Bln计算通过电路截面的电荷量【例4】 (2009福建理综16)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
8、为5.0 ，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则()图12A电压表V的示数为220 VB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 WD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图13(2011四川20)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 .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 WB线圈中感应电流的有效值为2 AC任意时刻线圈中的感应电动势为e4cos tD任意时刻穿过线圈的磁通量为sin t【基础演练】1如下图所示的线圈中产生
9、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14所示由图可知()图14A该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin (25t) VB该交流电的频率为25 HzC该交流电的电压的有效值为100 VD若将该交流电压加在阻值为R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率是50 W3(2011湖南师大附中高三月考)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(2010浙江温州高三期中)一个矩形线圈在匀强磁场中转动产
10、生的交变电流的电动势e220sin 100t V，那么()A该交变电流的频率是100 HzB当t0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 V5(2010河南洛阳模拟)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()图15A220 V B110 V C. V D. V6(2010海南海口高三调研)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uU0sin t的交流电
11、源上，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()AP BPI2R CPI2R DPU0I【能力提升】7在两块金属板上加上交变电压uUmsin t，当t0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()AtT时，电子回到原出发点B电子始终向一个方向运动CtT/2时，电子将有最大速度DtT/2时，电子的位移最大题号1234567答案8.把电压u120sin t V、频率为50 Hz的交变电流加在激发电压和熄灭电压均为u060 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？
12、(已知人眼的视觉暂留时间约为 s)学案48交变电流的产生和描述【课前双基回扣】1C2.CD3Bt1、t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率0，此时感应电动势、感应电流为零，线圈中感应电流方向改变，A错误，B正确；t2、t4时刻线圈中磁通量为零，磁通量的变化率最大，即感应电动势最大，C、D错误4B甲为矩形交变电流，它的大小恒为Im，方向做周期性的变化，而电流通过电阻的热功率跟电流的方向无关，所以矩形交变电流通过电阻R的热功率P甲Im2R；乙为正弦交变电流，计算热功率时要用电流的有效值：I，所以P乙I2R()2RR，故，B正确5BD根据图象可知该交变电流的最大值为100 V，周期为41
13、02 s，所以频率为25 Hz.思维提升1只有闭合线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，才能产生正弦式交变电流2有效值是根据电流的热效应来定义的只有正弦式电流才有：E，I.求电功、电热、电表示数，铭牌标识，指的都是有效值3线圈在中性面位置特点：最大，e0，电流换方向，线圈在垂直中性面位置特点：0，最大，e最大4若线圈从中性面开始计时，表达式为eEmsin t，若线圈从垂直中性面开始计时，表达式为eEmcos t.【核心考点突破】例1 (1)isin t(2)解析(1)沿OO方向看去，磁场分布的侧视图如下图所示由图可知，线圈转动时只有一条边切割磁感线，产生感应电动势，在t时刻线圈的电动势为：enB
14、lv1nBlvsin t其中v解得enBl2sin t根据闭合电路欧姆定律可知，闭合电路中的电流为：isin t.(2)由电流瞬时值表达式知，t时，流过电阻R的电流为i1sin()由部分电路欧姆定律知，t时，电阻R两端电压为ui1R.规范思维当线圈从中性面位置开始计时时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，而从垂直中性面位置开始计时时为余弦形式，还要注意：EmnBS中，S为有效面积，且与线圈的形状无关例2 D由楞次定律知，t0时，感应电流方向为负，线圈平面与中性面的夹角为，线圈再转过到达中性面，所以，在线圈转过的过程中电流在减小，时，i0，因而只有D项正确规范思维解答本题应注意以下三方面：(1)t
15、0时刻感应电流的方向；(2)利用t0时刻的速度确定感应电动势大小；(3)判定t0时刻后短时间内电流的变化趋势例3 1.9 A解析从题图可知交流电周期T0.4 s，t10.1 s，t20.1 s，t30.15 s，t40.05 s，设其有效值为I，则：IRt1IRt2IRt3IRt4I2RT，其中I13 A，I22 A，I31 A，I40，代入上式，得I1.9 A.规范思维(1)计算有效值一般取交变电流的一个周期；(2)不要盲目套用公式， 倍关系只适用于正弦式交流电例4 D由图甲可知，感应电动势最大值为220 V，故其有效值为220 V，电压表测量的是灯泡两端的电压，U209 V，A错；交流电的
16、周期T0.02 s，一个周期内电流的方向改变2次，故其方向每秒改变100次，B错；灯泡消耗的功率PI2R()295 W459.8 W，C错；发电机内阻每秒产生的热量QI2rt()251 J24.2 J，D对规范思维计算热量、电功率，电流表、电压表的示数等用的都是有效值而计算电荷量需用平均电动势n求解针对训练1B2.C3.D4.AC思想方法总结1交流的产生(1)只要平面线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的形状、与转动轴处于线圈平面内哪个位置无关(2)因e，故t图象与et图象总是互余的(3)线圈转动一周两次经过中性面，所以一个周期内电流方向改变两次(4)
17、当计时起点为中性面位置时，表达式为eEmsin t.当计时起点为线圈平面与磁场方向平行时，表达式为eEmcos t.2正确理解交变电流的“四值”是解题关键(1)求电荷量时要用平均值，由法拉第电磁感应定律n求得；(2)交流电路中电表显示的是有效值；计算热量、功率、电功一定要用有效值求解(3)只有正(余)弦交变电流的有效值是最大值的，其他交变电流的有效值要根据有效值的定义求解(4)计算有效值一般取交变电流一个周期的时间，根据焦耳定律进行确定(5)求某一时刻的电流值时用到的是瞬时值【课时效果检测】1BCD2.BD3.A4.C5.B6.BD7.BC8(1)2 400 s(2)见解析解析(1)如图所示，
18、画出一个周期内交变电流的ut图象，其中阴影部分对应的时间表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1.当uu060 V时，由u120sin t V求得：t1 s再由对称性知一个周期内能发光的时间：tT4t1 s4 s s再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为：t s2 400 s.(2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔最长只有 s(如图中t2t3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为 s，远大于 s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉易错点评1对交流电产生过程中感应电动势e、磁通量、磁通量变化量和磁通量变化率间的关系不清楚，误认为磁通量为零，感应电动势就为零，磁通量最大，则感应电动势最大，不能准确把握中性面的意义或不能把图象和物理过程联系起来也是出错的主要原因2不能正确写出交流电的瞬时值表达式，分不清什么时候用正弦，什么时候用余弦，注意从中性面位置计时，用正弦；从0位置计时，用余弦3第5题涉及到了有效值的计算，是错误多发处计算时一般取一个周期的时间，根据这一时间内电流的变化规律和焦耳定律进行运算4对交流的“四值”理解不到位，造成错误如求电荷量不知道用平均值，判断电容器的击穿电压不知道用最大值等等