20xx滬科版高中物理選修3-2第2章第3節(jié)習(xí)題課：交變電流的產(chǎn)生及描述word學(xué)案(完整版)
【正文】 流過導(dǎo)線橫截面的電荷量 q＝ I sin 60176。 學(xué)案 3 習(xí)題課 ： 交變電流的產(chǎn)生及描述 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] ， 能夠求解交變電流的瞬時(shí)值 .流圖像的物理意義 . “ 四值 ” 的區(qū)別 ， 會(huì)求解交變電流的有效值 ． 1． 線圈在 勻強(qiáng) 磁場中繞 垂直 于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦式交變電流 ， 瞬時(shí)值表達(dá)式 e＝ Emaxsin_ωt(從中性面開始計(jì)時(shí) )． 2． 正弦式交變電流的最大值 Emax＝ nBSω， 即最大值由線圈匝數(shù) n、 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 ω及 線圈面積 S決定 ， 與線圈的形狀 、 轉(zhuǎn)軸的位置 無關(guān) ． (填 “ 有關(guān) ” 或 “ 無關(guān) ” ) 3． 線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的平均電動(dòng)勢(shì) ， 要用 法拉第電磁感應(yīng)定律 計(jì)算 ， 即 E ＝ nΔΦΔt. 4． 正弦交流電的有效值 U＝ Umax2 ， I＝ 電流的熱效應(yīng) 求解 . 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)先要計(jì)算峰值 Emax＝ nBSω； (2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始 ， 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 )； 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)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸 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)的交變電壓表為理想電表 ． 在 t＝ 0 時(shí)刻 ，線圈平面與磁場 方向平行 ， 穿過每匝線圈的磁通量 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 130 s 時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值 ． (4)電路中交變電壓表的示數(shù) ． 解析 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值 Emax＝ nBSω 而 Φmax＝ BS， ω＝ 2πT，所以 Emax＝ 2nπΦmaxT 由 Φ－ t圖線可知， Φmax＝ 10－ 2 Wb， T＝ s 所以 Emax＝ 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＝ Emaxcos ωt＝ (10πt) V (3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過 130 s 時(shí) e＝ 20πcos(10π 130) V＝ 10π V＝ V (4)電動(dòng)勢(shì)的有效值 E＝ Emax2 ＝ 10 2π V U＝ RR＋ rE＝ 90100 10 2π V＝ 9 2π V≈ 40 V 答案 (1) V (2)e＝ (10πt) 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)交變電流的峰值 Imax、 Emax、 周期 T、 頻率 f. (2)可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí)電流為零的特點(diǎn) ， 確定線圈處于中性面的時(shí)刻 ， 確定了該時(shí)刻 ， 也就確定了磁通量最大的時(shí)刻和 磁通量變化率最小的時(shí)刻 ． (3)可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)至與磁場平行時(shí)感應(yīng)電流最大的特點(diǎn) ， 確定線圈與中性面垂直的位置 ． 此位置也就是磁通量為零的時(shí)刻和磁通量變化率最大的時(shí)刻 ． 例 2 如圖 2 所示 ， 圖線 a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦交流電的圖像 ，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后 ， 所產(chǎn)生正弦交流電的圖像
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