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高中物理沪科版（2020）选修第二册第七章 电磁感应定律的应用第二节 交变电流复习ppt课件
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这是一份高中物理沪科版（2020）选修第二册第七章 电磁感应定律的应用第二节 交变电流复习ppt课件，共29页。PPT课件主要包含了-2-，知识点一，知识点二，知识点三，周期性变化，乙丙丁，-3-，垂直磁场，-4-，Emsinωt等内容，欢迎下载使用。
交变电流1.定义大小和方向都随时间做 的电流叫交变电流,简称“交流”。 2.图像如图所示。
图 所示电流都属于交变电流,图 所示电流属于恒定电流。
正弦式交变电流的产生及描述1.产生如图所示,在匀强磁场里,线圈绕 方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流,简称“正弦式电流”。 2.中性面及其特点(1)定义:与磁场方向 的平面。 (2)特点:①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量 ,磁通量的变化率为 ,感应电动势为 。 ②线圈转动一周, 经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。
3.图像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,其图像为 曲线,如图所示。 4.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= 。 (2)电压u随时间变化的规律:u= 。 (3)电流i随时间变化的规律:i= 。 其中ω等于线圈转动的 ,Em= = 。
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 变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式 。 (2)频率(f):交变电流在单位时间内完成周期性变化的 。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系:T= 或f= 。
2.交变电流的“四值”
提醒交流电动势的最大值Em=nBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关。
交变电流的产生及变化规律(师生共研)1.交变电流产生过程中的两个特殊位置
2.电流方向的改变线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次。3.记忆感应电动势表达式的“小技巧”根据特殊值及函数的增减性可帮助记忆:中性面处感应电动势为零。与B平行时,电动势最大。从中性面转到与中性面垂直的位置的过程中,感应电动势增大,故函数为增函数,表达式为e=emsin ωt,同理,从与B平行的位置开始转动时,函数为减函数,e=emcs ωt。
例1(多选)(2018·河北沧州五校联考)如图所示,一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动,转动周期为T0。线圈产生的电动势的最大值为Em,则( )
思维点拨 (1)用最大值与有效值的关系确定电动势的有效值;(2)据最大值的表达式求磁通量及变化率;(3)电流方向一个周期内改变2次。
例2如图所示,在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置,下列说法正确的是( ) A.t1时刻,穿过线框的磁通量最大B.t1时刻,电阻中的电流最大,方向从右向左C.t2时刻,穿过线框的磁通量变化最快D.t2时刻,电阻中的电流最大,方向从右向左
方法归纳求解正弦式交变电流的三点注意(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。(2)注意峰值公式Em=nBSω中的S为有效面积。(3)转轴相对线圈的位置改变,或线圈的形状改变时,电动势仍可由Em=nBSω计算。
思维训练风速仪的简易装置如图甲所示。在风力作用下,风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动,线圈中的感应电流随风速的变化而变化。风速为v1时,测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示;若风速变为v2,且v2>v1,则感应电流的峰值Im、周期T和电动势E的变化情况是 ( ) A.Im变大,T变小 B.Im变大,T不变C.Im变小,E变小D.Im不变,E变大
交变电流有效值的求解方法(师生共研)1.公式法
2.有效值的定义计算法(非正弦式电流)计算时要抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”,列式求解,注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍。3.能量关系法当有电能和其他形式的能转化时,可利用能量守恒定律来求有效值。
4.几种典型的交变电流及其有效值
例1图甲所示电压按正弦规律变化,图乙所示电压是正弦式交变电压的一部分,则下列说法正确的是( )
A.图乙所示的电压也是正弦式交变电压B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=10sin 50πt(V)C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小
例2某研究小组成员设计了一个如图所示的电路,已知纯电阻R的阻值不随温度变化。与R并联的是一个理想的交流电压表,D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零,反向电阻为无穷大)。在A、B间加一交流电压,瞬时值的表达式为u= sin 100πt(V),则交流电压表示数为( ) A.10 VB.20 VC.15 VD.14.1 V思维点拨 二极管的单向导电性,利用一个周期内有半个周期发热进行计算。
思维训练(2018·全国Ⅲ卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦式交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方∶Q正等于 ( )
交变电流“四值”的理解与应用(师生共研)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
例1(多选)如图所示,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( )A.两导线框中均会产生正弦式交变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在 时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
例2如图所示,在匀强磁场中有一个内阻r=3 Ω、面积S=0.02 m2的半圆形导线框可绕OO'轴旋转。已知匀强磁场的磁感应强度B= 。若线框以ω=100π rad/s的角速度匀速转动,且通过电刷给“6 V 12 W”的小灯泡供电,则:(1)若从图示位置开始计时,求线框中感应电动势的瞬时值表达式;(2)从图示位置开始,线框转过90°的过程中,通过导线横截面的电荷量是多少?该电荷量与线框转动的快慢是否有关?(3)由题目所给已知条件,外电路所接小灯泡能否正常发光?若不能,则小灯泡的实际功率为多大?
思维点拨 (1)求瞬时电动势的表达式需要知道哪些量?(2)求通过导线横截面的电荷量需要用哪个物理量?(3)求小灯泡功率需要用哪个物理量?
提示 (1)电动势的最大值和线框转动的角速度。(2)用平均电动势和平均电流。(3)用电动势的有效值。
方法归纳最大值、有效值、瞬时值、平均值在不同情况下的使用:(1)在研究电容器的耐压值时,只能用最大值。(2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时,只能用有效值,交流电表指示的也是有效值。(3)在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时,只能用平均值。(4)在研究某一时刻线圈受到的安培力时,只能用瞬时值。
思维训练如图甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 300 V”的电容器并联到交流电源上,V为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关。下列判断正确的是( )
交变电流1.定义大小和方向都随时间做 的电流叫交变电流,简称“交流”。 2.图像如图所示。
图 所示电流都属于交变电流,图 所示电流属于恒定电流。
正弦式交变电流的产生及描述1.产生如图所示,在匀强磁场里,线圈绕 方向的轴匀速转动时,可产生正弦式交变电流,简称“正弦式电流”。 2.中性面及其特点(1)定义:与磁场方向 的平面。 (2)特点:①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量 ,磁通量的变化率为 ,感应电动势为 。 ②线圈转动一周, 经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。
3.图像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,其图像为 曲线,如图所示。 4.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= 。 (2)电压u随时间变化的规律:u= 。 (3)电流i随时间变化的规律:i= 。 其中ω等于线圈转动的 ,Em= = 。
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 变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式 。 (2)频率(f):交变电流在单位时间内完成周期性变化的 。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系:T= 或f= 。
2.交变电流的“四值”
提醒交流电动势的最大值Em=nBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关。
交变电流的产生及变化规律(师生共研)1.交变电流产生过程中的两个特殊位置
2.电流方向的改变线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次。3.记忆感应电动势表达式的“小技巧”根据特殊值及函数的增减性可帮助记忆:中性面处感应电动势为零。与B平行时,电动势最大。从中性面转到与中性面垂直的位置的过程中,感应电动势增大,故函数为增函数,表达式为e=emsin ωt,同理,从与B平行的位置开始转动时,函数为减函数,e=emcs ωt。
例1(多选)(2018·河北沧州五校联考)如图所示,一个单匝矩形导线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动,转动周期为T0。线圈产生的电动势的最大值为Em,则( )
思维点拨 (1)用最大值与有效值的关系确定电动势的有效值;(2)据最大值的表达式求磁通量及变化率;(3)电流方向一个周期内改变2次。
例2如图所示,在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置,下列说法正确的是( ) A.t1时刻,穿过线框的磁通量最大B.t1时刻,电阻中的电流最大,方向从右向左C.t2时刻,穿过线框的磁通量变化最快D.t2时刻,电阻中的电流最大,方向从右向左
方法归纳求解正弦式交变电流的三点注意(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。(2)注意峰值公式Em=nBSω中的S为有效面积。(3)转轴相对线圈的位置改变,或线圈的形状改变时,电动势仍可由Em=nBSω计算。
思维训练风速仪的简易装置如图甲所示。在风力作用下,风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动,线圈中的感应电流随风速的变化而变化。风速为v1时,测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示;若风速变为v2,且v2>v1,则感应电流的峰值Im、周期T和电动势E的变化情况是 ( ) A.Im变大,T变小 B.Im变大,T不变C.Im变小,E变小D.Im不变,E变大
交变电流有效值的求解方法(师生共研)1.公式法
2.有效值的定义计算法(非正弦式电流)计算时要抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”,列式求解,注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍。3.能量关系法当有电能和其他形式的能转化时,可利用能量守恒定律来求有效值。
4.几种典型的交变电流及其有效值
例1图甲所示电压按正弦规律变化,图乙所示电压是正弦式交变电压的一部分,则下列说法正确的是( )
A.图乙所示的电压也是正弦式交变电压B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=10sin 50πt(V)C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小
例2某研究小组成员设计了一个如图所示的电路,已知纯电阻R的阻值不随温度变化。与R并联的是一个理想的交流电压表,D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零,反向电阻为无穷大)。在A、B间加一交流电压,瞬时值的表达式为u= sin 100πt(V),则交流电压表示数为( ) A.10 VB.20 VC.15 VD.14.1 V思维点拨 二极管的单向导电性,利用一个周期内有半个周期发热进行计算。
思维训练(2018·全国Ⅲ卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦式交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方∶Q正等于 ( )
交变电流“四值”的理解与应用(师生共研)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较
例1(多选)如图所示,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( )A.两导线框中均会产生正弦式交变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在 时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
例2如图所示,在匀强磁场中有一个内阻r=3 Ω、面积S=0.02 m2的半圆形导线框可绕OO'轴旋转。已知匀强磁场的磁感应强度B= 。若线框以ω=100π rad/s的角速度匀速转动,且通过电刷给“6 V 12 W”的小灯泡供电,则:(1)若从图示位置开始计时,求线框中感应电动势的瞬时值表达式;(2)从图示位置开始,线框转过90°的过程中,通过导线横截面的电荷量是多少?该电荷量与线框转动的快慢是否有关?(3)由题目所给已知条件,外电路所接小灯泡能否正常发光?若不能,则小灯泡的实际功率为多大?
思维点拨 (1)求瞬时电动势的表达式需要知道哪些量?(2)求通过导线横截面的电荷量需要用哪个物理量?(3)求小灯泡功率需要用哪个物理量?
提示 (1)电动势的最大值和线框转动的角速度。(2)用平均电动势和平均电流。(3)用电动势的有效值。
方法归纳最大值、有效值、瞬时值、平均值在不同情况下的使用:(1)在研究电容器的耐压值时,只能用最大值。(2)在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时,只能用有效值,交流电表指示的也是有效值。(3)在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时,只能用平均值。(4)在研究某一时刻线圈受到的安培力时,只能用瞬时值。
思维训练如图甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 μF 300 V”的电容器并联到交流电源上,V为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关。下列判断正确的是( )
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