2.1交变电流的产生及描述

 时间:2019-10-14 18:32:11 贡献者:格物致理

导读:交变电流的产生及描述精讲 年级:高中 科目:物理 类型:选考 制作人:黄海辉一、交变电流产生 1.交变电流 (1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 (2)图象:如图(a)、(b)、(c

2.1 认识交变电流ppt
2.1 认识交变电流ppt

交变电流的产生及描述精讲 年级:高中 科目:物理 类型:选考 制作人:黄海辉一、交变电流产生 1.交变电流 (1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

(2)图象:如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。

其中按正弦规律变化的交 变电流叫正弦式交变电流,如图(a)所示。

2.正弦交变电流的产生和图象 (1)产生:在匀强磁场里,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。

(2)图象:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计 时,其图象为正弦曲线。

如图(e)、(f)、(g)所示。

二、交变电流的描述 1.周期和频率 (1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒 (s),公式 T=2ωπ。

(2)频率(f):交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数。

单位是赫兹(Hz)。

(3)周期和频率的关系:T=1f 或 f=T1。

2.正弦式交变电流的函数表达式(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=Emsinωt。

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(2)负载两端的电压 u 随时间变化的规律:u=Umsinωt。

(3)电流 i 随时间变化的规律:i=Imsinωt。

其中 ω 等于线圈转动的角速度,Em= nBSω。

3.交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数。

(2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。

(3)有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值。

对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为:E=Em,U=Um,I= Im 。

222三、 交变电流产生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,ΔΔΦt=0,e=0,i=0,电流方向将发生改变。

(2)线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0,ΔΔΦt 最大,e 最大,i 最大,电流方向不改变。

2.解决交变电流图象问题的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时,电流的瞬时值表达式才是正弦形式,其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关。

(2)注意峰值公式 Em=nBSω 中的 S 为有效面积。

(3)在解决有关交变电流的图象问题时,应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来,再根据特殊位置求特征解。

四、交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量 物理含义重要关系适用情况及说明交变电流某 瞬时值一时刻的值峰值最大的 瞬时值从中性面开始计时 e=Emsin ωt i=Imsin ωt Em=nBSω Im=RE+mr计算线圈某时刻的受力情况 讨论电容器的击穿电压2

有效值跟交变电流 的热效应等 效的恒定电流的值E=Em 2U=Um 2I= Im 2(只适用于正弦式交 变电流)(1)计算与电流的热效应有关的 量(如电功、电功率、电热等) (2)电气设备“铭牌”上所标的 一般是指有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 (4)交流电压表和电流表的读数 为有效值五、交变电流瞬时值表达式的求法 1.先求电动势的最大值 Em=nBSω; 2.求出角速度 ω=2Tπ; 3.明确从哪一位置开始计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数; 4.写出瞬时值的表达式。

【例 1】 如图甲所示,矩形线圈 abcd 在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中 产生的交变电流如图乙所示,设沿 abcda 方向为电流正方向,则( )A.乙图中 Oa 时间段对应甲图中 A 至 B 图的过程 B.乙图中 c 时刻对应甲图中的 C 图 C.若乙图中 d 等于 0.02 s,则 1 s 内电流的方向改变了 50 次 D.若乙图中 b 等于 0.02 s,则交流电的频率为 50 Hz 解析 由交变电流的产生原理可知,甲图中的 A、C 两图中线圈所在的平面为中 性面,线圈在中性面时电流为零,再经过14个周期电流达到最大值,再由楞次定 律判断出电流的方向,因此甲图中 A 至 B 图的过程电流为正,且从零逐渐增大 到最大值,A 对;甲图中的 C 图对应的电流为零,B 错;每经过中性面一次线圈 中的电流方向就要改变一次,所以一个周期内电流方向要改变两次,所以在乙图 中对应 Od 段等于交变电流的一个周期,若已知 d 等于 0.02 s,则频率为 50 Hz,3

1 s 内电流的方向将改变 100 次,C 错;若乙图中 b 等于 0.02 s,则交流电的频率 应该为 25 Hz,D 错。

答案 A 【例 2】 一个小型电热器若接在输出电压为 10 V 的直流电源上,消耗电功率为 P;若把它接在某个正弦式交流电源上,其消耗的电功率为P2。

如果电热器电阻 不变,则此交流电源输出电压的最大值为( ) A.5 V B.52 V C.10 V D.10 2 V 解析 根据 P=UR2,对直流电有 P=1R02,对正弦式交流电有P2=UR′2,所以正弦式 交流电的有效值为 U′= P2R=5 2 V,故交流电源输出电压的最大值 Um′= 2 U′=10 V,故选项 C 正确,选项 A、B、D 错误。

答案 C 【例 3】 (2016·浙江金华期末)一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所 示。

由图可知该交变电流( )A.周期为 0.125 s B.电压的有效值为 10 2 V C.电压的最大值为 20 2 V D.电压瞬时值的表达式为 u=10 2sin 8πt(V) 解析 由图象可知,交变电流的周期为 0.250 s,A 错误;电压的有效值 U= 20 V2 =10 2 V,B 正确;电压的最大值为 20 V,C 错误;电压瞬时值的表达式为 u =20sin 8πt(V),D 错误。

答案 B4

精练 年级:高中 科目:物理 类型:选考 知识点:交变电流 难度:中等 总题量:7 题 预估总时间:30min[精练题组] 1.在图所示电路中,A 是熔断电流 I0=2 A 的保险丝,R 是可变电阻,S 是交流 电源。

交流电源的内电阻不计,其电动势随时间变化的规律是 e=220 2sin(314t) V。

为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于( )A.110 2 Ω B.110 Ω C.220 Ω D.220 2 Ω 解析 U=220 V,Rmin=UI0=2220 Ω=110 Ω。

答案 B 2.线框在匀强磁场中绕 OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向),当转到如图 所示位置时,磁通量和感应电动势大小的变化情况是( )A.磁通量和感应电动势都在变大 B.磁通量和感应电动势都在变小 C.磁通量在变小,感应电动势在变大 D.磁通量在变大,感应电动势在变小 解析 由题图可知,Φ=Φmcos θ,e=Emsin θ,所以磁通量变大,感应电动势变 小。

答案 D 3.(多选)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 列表述正确的是( )5

A.最大值是 50 2 VB.频率是 100 HzC.有效值是 25 2 VD.周期是 0.02 s解析 从中性面开始计时,交变电动势的表达式为 e=Emsin ωt,因 e=50sin100πt(V),所以最大值 Em=50 V,A 错误;由 ω=2πf=100π rad/s 得 f=50 Hz,B 错误;有效值 E=Em=25 22 V,C 正确;T=1f =0.02 s,D 正确。

答案 CD4.一矩形线框在匀强磁场内绕垂直于磁场的轴匀速转动的过程中,线框输出的交流电压随时间变化的图象如图所示,下列说法中正确的是( )A.t=0 时刻线框平面与磁场平行 B.交流电压的频率为 4 Hz C.1 s 末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量变化最快 D.2 s 末线框平面垂直于磁场,通过线框的磁通量最大 解析 由 u-t 图象可知,t=0 时刻瞬时电压为零,线框处于中性面,频率 f=T1= 0.25 Hz,故选项 A、B 错误;由图象可知,1 s 末交变电压最大,通过线框的磁 通量变化率最大,此时线框与磁场方向平行,而 2 s 末交变电压为零,此时线框 经过中性面与磁场垂直,穿过线框的磁通量最大,故选项 C 错误,D 正确。

答案 D 5.如图所示,匀强磁场的磁感应强度 B=0.5 T,边长 L=10 cm 的正方形线圈 abcd 共 100 匝,线圈电阻 r=1 Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO′匀速转动, 角速度 ω=2 π rad/s,外电路电阻 R=4 Ω。

求:(1)转动过程中感应电动势的最大值; (2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过 60°角时的瞬时感应电动势;6

 
 

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