高中物理第2章交變電流的產(chǎn)生及描述學(xué)案教科版選修3-2(已修改)
2024-12-25 03:35 本頁(yè)面
【正文】 學(xué)案 3 習(xí)題課：交變電流的產(chǎn)生及描述 [目標(biāo)定位 ] ，能夠求解交變電流的瞬時(shí)值 .物理意義 . “ 四值 ” 的區(qū)別，會(huì)求解交變電流的有效值． 一、對(duì)交變電流產(chǎn)生規(guī)律的理解 求解交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值時(shí)： (1)首先要計(jì)算峰值 Em＝ NBSω ； (2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始，以便確定瞬時(shí)值表達(dá)式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化； (3)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω (以 rad/s 作單位 )； (4)最后確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式． 例 1 圖 1 甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā) 電機(jī)的原理圖．其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸 OO′ 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù) n＝ 100匝，電阻 r＝ 10 Ω ，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻 R 連接，電阻 R＝ 90 Ω ，與 R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表．在 t＝ 0 時(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，穿過(guò)每匝線圈的磁通量 Φ 隨時(shí)間 t 按圖乙所示正弦規(guī)律變化．求： 圖 1 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值； (2)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式； (3)線圈轉(zhuǎn)過(guò) 130 s 時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值； (4)電路中交流電壓表的示數(shù)． 解析 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值 Em＝ nBSω 而 Φ m＝ BS， ω ＝ 2πT ，所以 Em＝ 2nπ Φ mT 由 Φ － t 圖線可知， Φ m＝ 10 － 2 Wb， T＝ s 所以 Em＝ 20π V ＝ V. (2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 ω ＝ 2πT ＝ rad/s＝ 10π rad/s ，由于從垂直中性面處開(kāi)始計(jì)時(shí)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為 e＝ Emcos ωt ＝ (10π t) V (3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò) 130 s 時(shí) e＝ 20πcos (10 π 130) V＝ 10π V ＝ V (4)電動(dòng)勢(shì)的有效值 E＝ Em2＝ 10 2π V U＝ RR＋ rE＝ 9010010 2π V ＝ 9 2π V≈40 V 答案 (1) V (2)e＝ (10π t) V (3) V (4)40 V 二、交變電流圖像的應(yīng)用 正弦交流電的圖像是一條正弦曲線，從圖像中可以得到以下信息： 1．周期 (T)和角速度 (ω )：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 ω ＝ 2πT . 2．峰值 (Em， Im)：圖像上的峰值．可計(jì)算出有效值 E＝ Em2， I＝ Im2. 3．瞬時(shí)值：每個(gè) “ 點(diǎn) ” 表示某一時(shí)刻的瞬時(shí)值． 4．可確定線圈位于中性面的時(shí)刻，也可確定線圈平行于磁感線的時(shí)刻． 5．判斷線圈中磁通量 Φ 及磁通量變化率 Δ ΦΔ t的變化情況． 例 2 如圖 2 所示，圖線 a 是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線 b 所 示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說(shuō)法正確的是 ( ) 圖 2 A．在圖中 t＝ 0 時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量均為零 B．線圈先、后兩次轉(zhuǎn)速之比為 3∶2 C．交流電 a 的瞬時(shí)值為 u＝ 10sin (5π t) V D．交流電 b 的最大值為 203 V 解析 由題圖可知， t＝ 0 時(shí)刻線圈均在中性面，穿過(guò)線圈的磁通量最大， A 錯(cuò)誤；由題圖可知Ta∶ Tb＝ 2∶3 ，故 na∶ nb＝ 3∶2 ， B 正確；由題圖可知， C正確；因 ω a∶ ω b＝ 3∶2 ，交流電最大值 Um＝ NBSω ，故 Uma∶ Umb＝ 3∶2 ， Umb＝ 23Uma＝ 203 V， D 正確． 答案 BCD 三、交變電流有效值的計(jì)算 交變電流有效值的計(jì)算一般有以下兩種情況： 1．對(duì)于按正 (余 )弦規(guī)律變化的電
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