人教版高中物理选择性必修第二册专题提升7交变电流的产生及描述课件

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探究点一　交变电流的图像问题
从图像获得的信息正弦式交变电流的图像是一条正弦曲线,从图像中可以得到以下信息:
(3)瞬时值:每个“点”表示某一时刻的瞬时值。(4)可确定线圈位于中性面的时刻,也可确定线圈平行于磁感线的时刻。
【例1】 (多选)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式交变电流的图像,当调整线圈转速后,所产生正弦式交变电流的图像如图线b所示,以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是(　 　)
A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零B.线圈先后两次转速之比为3∶2C.交变电流a的瞬时值表达式为u=10sin 5πt(V)
解析 由题图可知,t=0时刻线圈均在中性面,穿过线圈的磁通量最大,A错误;由题图可知Ta∶Tb=2∶3,故na∶nb=3∶2,B正确;由题图可知Ua=10sin 5πt(V),C正确;因ωa∶ωb=3∶2,交变电流最大值Um=nBSω,
1.如图所示,边长分别为10 cm和20 cm的矩形线圈,匝数为100,阻值为5 Ω,在匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO'轴匀速转动,已知匀强磁场的磁感应强度B= T,线圈转动的角速度为ω=100π rad/s,线圈和阻值为R=15 Ω的电阻相连接。(1)开关S断开时,求理想电压表的示数。(2)开关S闭合时,电阻正常工作,求电阻的额定功率。(3)若将电阻换成激发电压和熄灭电压均为45 V的霓虹灯(阻值也为R=15 Ω),则在一个周期内,霓虹灯被点亮的时间是多少?
解析 若从线圈处于中性面位置时开始计时,则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsin ωt,又Em=NBSω
(2)开关S闭合时,电阻正常工作,通过电阻的电流为
所以电阻的额定功率P=I2R=540 W。
所以可作出uR随时间变化的图像,如图所示
探究点二　交变电流“四值”的综合应用
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W=EIt,Q=I2Rt,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。
【例2】 如图所示,矩形线圈abcd在磁感应强度B=2 T的匀强磁场中绕轴OO'以角速度ω=10π rad/s匀速转动,线圈共10匝,电阻r=5 Ω,lab=0.3 m,lbc=0.6 m,负载电阻R=45 Ω。(1)写出从图示位置开始计时的线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)求电阻R在0.05 s内产生的热量。(保留两位有效数字)(3)求0.05 s内流过电阻R上的电荷量(设线圈从垂直中性面开始转动)。
答案 (1)e=113.04cs 10πt(V)　(2)5.8 J(3)0.072 C
解析 (1)电动势的最大值为Emax=nBSω=10×2×0.3×0.6×10π V=113.04 V由于从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时,故瞬时值表达式e=Emaxcs ωt=113.04cs 10πt(V)。
所以0.05 s内R上产生的热量Q=I2Rt=5.8 J。
方法技巧　求解热量与电荷量的思路(1)求解热量用有效值,按以下思路。
(2)求解电荷量用平均值,按以下思路。
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= T。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,写出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?
1.(交变电流的图像)如图所示,图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系。若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过1 min的时间,两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为(　　)A.1∶B.1∶2C.1∶3D.1∶6
2.(交变电流的有效值)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为(　　)
3.(交变电流的描述)(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(　　)
4.(交变电流的有效值)如图所示为一个经双向可控硅调节后加在电灯上的电压,正弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去。现在电灯上电压的有效值为(　　)
5.(交变电流的“四值”)图甲为手机无线充电工作原理的示意图,由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为n=50,电阻r=1.0 Ω,在它的c、d两端接一阻值R=9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场,其磁通量随时间按图乙所示的规律变化,可在受电线圈中产生电动势最大值为20 V的正弦式交变电流,设磁场竖直向上。求:
(1)在t=π×10-3 s时,受电线圈中产生电流的大小,c、d两端哪端电势高?(2)在一个周期内,电阻R上产生的热量;(3)从t1到t2时间内,通过电阻R的电荷量。
答案 (1)2.0 A　c端电势高　(2)5.7×10-2 J(3)2×10-3 C
解析 (1)由题图乙知t=π×10-3 s时受电线圈中产生的电动势最大,为Em=20 V
由楞次定律可以得到此时c端电势高。
电阻在一个周期内产生的热量Q=I2RT=5.7×10-2 J。