DOC《第十章 第1讲 交变电流的产生和描述》

第十章 第1讲 交变电流的产生和描述 正弦式交变电流的产生和变化规律 1.

产生 如图10-1-1所示,将闭合线圈置于匀强磁场中,并绕垂直于磁感线方向的轴做匀速转动. 图10-1-1 2.变化规律(线圈在中性面位置开始计时) (1)电动势e随时间变化的规律:e=Emsin ωt. (2)电压u随时间变化的规律:u=Umsin ωt. (3)电流i随时间变化的规律:i=Imsin ωt. 其中ω等于线圈转动的角速度,Em=nBl1l2ω=nBSω. 3.正弦式交变电流的图象(如图10-1-2所示) 图10-1-2 描述交变电流的物理量 1.周期和频率 (1)周期T:交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需的时间,单位是秒(s).公式表达式为T= 电感和电容对交变电流的影响 1.感抗 表示电感线圈对交变电流阻碍作用的大小. (1)线圈的自感系数越大,交变电流的频率越大,电感对交变电流的阻碍作用越大. (2)作用:通直流、阻交流(低频扼流圈),通低频、阻高频(高频扼流圈). 2.容抗 表示电容器对交变电流阻碍作用的大小. (1)电容器的电容越大,交流的频率越高,电容器对交流的阻碍作用就越小. (2)作用:通交流、隔直流;

通高频、阻低频. 1.(多选)如下图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,能产生正弦交变电动势e=BSωsin ωt的图是( ) 【解析】 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动,产生的正弦交变电动势为e=BSωsin ωt,由这一原则判断,A图和C图中感应电动势均为e=BSωsin ωt;

B图中的转动轴不在线圈所在平面内;

D图转动轴与磁场方向平行,而不是垂直. 【答案】 AC 2.下列四幅图是交流电的图象,其中能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是( ) 【解析】 我国居民日常生活所用的是正弦式交流电,其电压的有效值是220 V,最大值为311 V,周期为0.02 s,所以只有C正确. 【答案】 C 3.(多选)(2012・广东高考)某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin 100πt(V).对此电动势,下列表述正确的有( ) A.最大值是50 图10-1-3 A.电为稳恒直流电时,灯泡A、B亮度相同 B.电为稳恒直流电时,灯泡A比B亮度大 C.电为交流电时,灯泡A、B亮度相同 D.电为交流电时,灯泡A比B亮度大 【解析】 电感线圈有通直流,阻交流的作用,电为稳恒直流电时,A、B亮度相同,选项A正确,B错误.电为交流电时,A灯比B灯亮度大,选项C错误,D正确. 【答案】 AD (对应学生用书第207页) 正弦交流电的图象和变化规律 1.两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时,S⊥B,Φ最大, 磁通量 Φ=Φmcos ωt =BScos ωt 说明 磁通量为最大值时,电流为零,线圈位于中性面位置 3.由正弦交流电的图象可得到的信息 (1)交变电流的最大值. (2)周期T(频率f= 如图10-1-4所示,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,线圈的cd边离开纸面向外运动.若规定a→b→c→d→a方向的感应电流为正方向,则下图能反映线圈感应电流I随时间t变化的图线是( ) 图10-1-4 【解析】 根据右手定则或楞次定律可以判断,t=0时刻线圈的cd边离开纸面向外运动而切割磁感线,产生的感应电流i为正向;

此时线圈磁通量为零,但是cd边切割磁感线的速度最大,磁通量的变化率最大,所以感应电动势、感应电流最大. 【答案】 C 【迁移应用】 1.一正弦交流电的电压随时间变化规律如图10-1-5所示,则该交流电( ) 图10-1-5 A.电压瞬时值表达式为u=100sin (25t) V B.周期为0.02 s C.电压有效值为100 交变电流四值的理解和应用 物理量 物理含义 重要关系 应用情况及说明 瞬时值 交变电流某一 时刻的值 e=Emsin ωt, u=Umsin ωt, i=Imsin ωt 计算线圈某时刻的 受力情况 最大值 最大的瞬时值 Em=nBSω, Em=nΦmω, Im= (多选)(2013・山东高考)图10-1-6甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,?为交流电流表,线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,以下判断正确的是( ) 甲乙图10-1-6 A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50 π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 【审题指导】 解答本题时应注意以下两个方面的问题: (1)正弦交流电的最大值和有效值之间的关系以及正弦交流电的瞬时值表达式. (2)应用楞次定律或右手定则判定感应电流的方向. 【解析】 从交变电流图象获取交变电流的最大值、有效值.根据i-t图象可知,电流最大值Im=10 几种典型的交变电流有效值的计算 1.计算有效值时要注意根据电流的热效应,抓住 三同 : 相同时间 内 相同电阻 上产生 相同热量 列式求解. 相同时间 一般取一个周期时间. 2.利用两个公式Q=I2Rt和Q= U= U= U= U= (2012・全国大纲高考)一台电风扇的额定电压为交流220 V.在其正常工作过程中,用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图10-1-7所示.这段时间内电风扇的用电量为( ) 图10-1-7 A.3.9*10-2度B.5.5*10-2度C.7.8*10-2度D.11.0*10-2度 【解析】 分段计算用电量,根据W=UIt得W=W1+W2+W3=220*0.3*10*60 J+220*0.4*10*60 J+220*0.2*40*60 J=1.98*105 J,而1度=1 kW・h=3.6*106 J,所以W=1.98*105 J=0.055 度=5.5*10-2度,故B选项正确,A、C、D选项错误. 【答案】 B ?1?交变电流的有效值是根据电流的热效应?电流通过电阻产生热量?进行定义的,所以在进行有效值计算时,要紧扣电流通过电阻生热进行计算.注意 三同 :即 相同电阻 , 相同时间内 产生 相同热量 .计算时 相同时间 一般取一个周期. ?2?利用两个公式Q=\f(U2,R) t和Q=I2Rt可以分别求得交变电流的电压有效值和电流有效值. 【迁移应用】 分阶段缺失图象的有关问题 3.如图10-1-8所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压,正弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电压的有效值为( ) 图10-1-8 A.Um B. 图10-1-9 A.3.5 A B. (对应学生用书第209页) 失分点:交流电 四值 分辨不清 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10-1-10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( ) 图10-1-10 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 【失误原因分析】 不能正确区分电电动势和路端电压,错选A;