物理选择性必修 第二册变压器课文ppt课件

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1.知道描述交流电的峰值、有效值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量，并理解这些物理量的意义。2.知道交流电的周期、频率、角速度三者间的关系。3.理解交流电有效值的含义，会根据有效值的定义求交流电的有效值。4.会用正弦式交流电的公式和图像解决周期、频率、峰值、瞬时值和有效值的相关问题。
知识点二　峰值　有效值
知识点三　交变电流的“四值”
如图所示是初中物理课上我们熟悉的手摇发电机，摇动时能够产生交流电，根据转动方向的不同，发光二极管会频闪发光，想一想这能说明交流电具有什么特点？
提示　说明了线框在磁场中转动产生的交流电具有周期性。
1.周期：交流电做一次________变化所需的时间，用符号T表示，单位是s。2.频率：交流电完成周期性变化的______与所用时间的比，用符号f表示，单位是 Hz。3.角速度：产生交流电的线圈单位时间内转过的______，用符号ω表示，单位是rad/s。
4.周期(T)、频率(f)、角速度(ω)的物理意义和换算关系(1)交流电随时间做周期性变化，周期、频率和角速度就是表征其变化______的物理量。
5.我国交流电的频率和周期：f＝______ Hz，T＝0.02 s。6.发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动一周，交流电就完成一次周期性变化，电压、电流都按正弦规律变化一次，电流方向在一个周期内改变两次。
7.正弦交流电的表达式和图像
说明：(1)表格中表达式仅限于线圈自经过中性面开始计时的情况。(2)在轴与磁场垂直的前提下，交流电的表达式与轴的位置无关。
例1 关于正弦交流电的周期和频率，下列说法正确的是(　　)A.正弦交流电最大值连续出现两次的时间间隔等于周期B.1 s内交流电出现最大值的次数等于频率C.交流电方向变化的频率为交流电频率的2倍D.频率为50 Hz的交流电，其周期等于0.05 s
训练1 某闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势瞬时值表达式为e＝10sin(2πt) V，则(　　)A.交变电流的频率为2 HzB.交变电流的周期为0.25 sC.线圈的角速度为π rad/sD.当t＝0.25 s时，感应电动势为10 V
训练2 (多选)矩形金属线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.此交变电流的频率为0.2 HzB.1 s内电流方向变化10次C.t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D.1 s内线圈转5圈
如图甲、乙所示，两个电炉分别用恒定电流和交流电烧水，设其他条件都相同，若I＝3 A的恒定电流和交流电都是用10分钟把水烧开。
(1)两个电炉产生的热量相同吗？(2)交流电的大小和方向时刻发生变化，描述起来就比较困难，这个实验对你有什么启发？提示　(1)相同。(2)恒定电流3 A能等效替代本次实验中的交流电计算热量。
1.峰值(1)定义：交流电在一个周期内电压和电流所能达到的______值。(2)实际意义：电容器、二极管等元器件在交流电路中使用时，就要注意交流电压的峰值不能超过它们所能承受的电压，否则就有被击穿而损坏的危险。
2.有效值(1)定义：如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在交流电的一个周期内产生的______相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电电流和电压的有效值。(2)应用①我们平常所说的交流电的电压和电流值，指的都是有效值。②交流电流表和交流电压表表盘上标示的数值是有效值，只适用于测量正弦交流电。③交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是有效值。
3.正弦交流电的峰值与有效值之间的关系
4.交流电有效值的理解(1)交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。(2)等效是指恒定电流和交流电在相同的时间内，在相同的电阻上产生的热量相同。
5.交流电有效值的计算
6.几种常见电流的有效值
例2 一交流电随时间而变化的图像如图所示，此交流电的有效值是(　　)
求解有效值时应注意的问题对一个周期内存在几种形式的交流电，其有效值不是各段的算术平均值，而是要用焦耳定律分段求热量，再把各段热量求和，最后再根据焦耳定律求出有效值。　　　　
训练3 匝数为100的线圈通有如图所示的交流电(图中曲线为余弦曲线的一部分)，单匝线圈电阻r＝0.02 Ω，则在0～10 s内线圈产生的焦耳热为(　　)
A.80 J B.85 J C.90 J D.125 J
货　号：PCD601C　　　　工作压强：70 kPa型　号：MY－CD60 额定容量：6.0 L额定电压：220 V～50 Hz 额定功率：1 000 W
(1)图甲为一用电器的铭牌，其中的额定电压指什么值？(2)为保证保险丝管(如图乙)正常使用，应考虑交变电流哪一个值？提示　(1)交变电流中电压的有效值。(2)交变电流的有效值。
正弦式交变电流的“四值”对比
解析　(1)e＝Emsin ωt＝NBS×2πnsin(2πnt)
训练5 如图所示，闭合矩形线框ABCD以恒定的角速度ω绕对角线AC转动。AC的左侧存在着垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，已知AB长为l1，BC长为l2，线框电阻为R。t＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是(　　)
1.(周期和频率)(多选)一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad/s匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示，则(　　)
A.交流电的频率是4π HzB.当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直C.当t＝0.5 s时，e有最大值D.交流电的周期是0.5 s
解析　由ω＝2πf得交流电的频率f＝2 Hz，所以周期为0.5 s，A错误，D正确；当t＝0时，电动势最小，穿过线圈的磁通量最大，线圈平面与磁感线垂直，B正确；当t＝0.5 s时，线圈处于中性面位置，e为零，C错误。
2.(交流电的峰值)一个正弦交流电的图像如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.周期是0.2 s，电流的峰值是10 AB.周期是0.15 s，电流的峰值是10 AC.频率是5 Hz，电流的有效值是10 AD.频率是0.2 Hz，电流的有效值是7.07 A
3.(交流电的有效值)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，如图甲、乙所示，则Q方∶Q正等于(　　)
4.(交流电的“四值”)(多选)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是(　　)
题组一　交流电的周期、频率和图像
1.一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电，下列说法正确的是(　　)
A.自行车匀速行驶时线圈中产生的电流恒定B.自行车的速度加倍，线圈中产生的电流周期加倍C.线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大D.知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里电流方向变化的次数
2.甲、乙两矩形单匝金属线圈分别绕与磁感线垂直的轴在同一匀强磁场中匀速转动，输出交流电的感应电动势随时间变化的图像如图中甲、乙所示，则(　　)
A.甲线圈的频率是乙线圈频率的2倍B.甲线圈的面积是乙线圈面积的6倍C.t＝1 s时，穿过两线圈的磁通量均为零D.t＝2 s时，两线圈均与磁感线平行
解析　由题图知，甲的周期为2 s，乙的周期为1 s，所以f甲∶f乙＝1∶2，选项A错误；甲的电动势峰值为6 V，乙的电动势峰值为2 V，由Em＝BSω可知S甲∶S乙＝6∶1，选项B正确；当线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，而感应电动势为零；当线圈处于中性面垂面位置时，穿过线圈的磁通量为零，而感应电动势最大。t＝1 s和t＝2 s时，两线圈均处于中性面位置，选项C、D错误。
题组二　峰值和有效值3.如图所示的交变电流由正弦交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为(　　)
4.如图所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1 Ω，外接R＝9 Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10 sin(10πt)V，则(　　)
5.如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则(　　)
6.(2024·福建厦门期末)两个完全相同的电热器，分别通以如图甲、乙所示的交变电流，在一段相同且较长时间内，它们产生的热量之比为Q1∶Q2＝4∶1，则I1∶I2等于(　　)
A.4∶1 B.2∶1C.1∶2 D.1∶1
7.如图所示，某圆形N匝金属线圈放置在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，线圈的面积为S，电阻不计，线圈可绕OO′自由转动，并通过电刷与外电路相连，定值电阻的阻值为R，电压表为理想交流电表，现使线圈从图示位置匀速转动，周期为T，下列说法正确的是(　　)
8.如图甲为风力发电的简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动，转速与风速成正比。某一风速时，线圈中产生的正弦交流电如图乙所示，则(　　)
A.电流的表达式为i＝0.6 sin 10πt(A)B.磁铁的转速为10 r/sC.风速加倍时电流的表达式为i＝1.2 sin 10πt(A)D.风速加倍时线圈中电流的有效值为1.2 A
10.(多选)(2021·浙江1月选考，16)发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计，图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周(　　)
11.(多选)(2023·湖南卷，9)某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑)，半径之比为4∶1，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是(　　)