河南省焦作市沁阳一中高中物理 第五章第一节 交变电流学案 新人教版选修3-2.docVIP

河南省焦作市沁阳一中高中物理 第五章第一节 交变电流学案 新人教版选修3-2 自主预习 1．定义： 和 随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流． 说明： 随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征．如图中 均为交变电流，而 就不是交变电流． 2．正弦式电流 （1）定义：随时间按 规律变化的电流叫做正弦式电流． 说明：①在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流，但并非只有按正弦规律变化的电流才叫交变电流．②正弦式交变电流的图象是 曲线 （2）正弦式电流产生：当线圈在 磁场中绕 于磁场方向的轴做 转动时，线圈中就产生正弦式电流． （3）正弦式电流的规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面（也叫中性面）开始转动，则产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝Imsinωt；电动势瞬时值的表达式为e＝ ；电压瞬时值表达式为u＝ 二、中性面 1．定义：与磁感线 的平面叫做中性面． 2．中性面特点：（1）穿过线圈的磁通量Φ最 ；（2）磁通量的变化率最 ；（3）电动势e及电流I均为 ；（4）线圈经此位置电流方向 改变． 说明：除中性面之外，在交流电产生过程中还有一个特殊位置，那就是与磁感线平行的平面（或叫与中性面垂直的平面）．该平面的特点：（1）穿过线圈的磁通量最 （Φ＝0）；（2）磁通量的变化率最 ； 疑难点辨析 1.最大值 （1）交流电在一个周期内所能达到的最大数值称为最大值.如Em、Um、Im分别表示交流的电动势及电压的高低和电流的强弱. （2）它反映了瞬时值大小的变化范围.交变电流在某一时刻的值称瞬时值，如e、u、i等，反映了交变电流在不同时刻的大小和方向.在不同时刻，瞬时值的大小和方向一般不同，计算交流电路中与交变电流在某一时刻有关的问题用瞬时值.对正弦式电流，当线圈平面与磁感线平行时，电动势有最大值Em=NBSω，瞬时值与最大值的关系为：－Em≤e≤Em. （3）最大值在实际中有重要意义.如把电容器（还有晶体二极管）接入交流电路中，就需要知道交流电压的最大值.因为所用电容器（或晶体二极管等）所能承受的电压（称耐压值）必须要高于交流电压的最大值，否则电容器（或晶体二极管等）就可能被击穿（变为一段导体）. 2.有效值 （1）定义：让交变电流和直流电流通过同样阻值的电阻，如果在相同时间里，它们产生的热量相等，这一交变电流的电流（或电压）的有效值就跟这个直流电的电流（或电压）相等. （2）正弦式电流的有效值和最大值的关系 I==0.707Im u==0.707Um. 提醒：①不是正弦或余弦规律变化的无此关系. ②各种使用交变电流的电器设备上所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电流表和交流电压表测量的数值，均指有效值. ③对于交变电流的数值，凡无特别说明的，均指有效值. 3.有效值和平均值的区别 ①交流的有效值是根据热效应规定的；交流的平均值是交流图象中波形对横轴（t轴）所围的面积跟时间的比值，有时也可用=n·ΔΦ/Δt求解. ②在计算交流电通过导体产生的热量、热功率时，只能用交流的有效值，而不能用平均值；在计算通过导体的电荷量时，只能用交流的平均值，而不能用有效值. 典型例题 （一） ［例1］如图所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值为 A．5 A B．5 A C．3.5 A D．3.5 A 解题方法：有效值计算 交变电流的有效值是根据电流的热效应来计算的，其常用计算式为Q交＝Q直．高中阶段要求会计算有效值的交变电流图象有两种． 其一：正弦式电流， 其二：方波形（或脉冲）交变电流 ［例2］如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R．当线圈由图示位置转过90°的过程中，求 （1）通过电阻R的电量q； （2）电阻R上所产生的焦耳热Q． 答案： ［例1］B［例2］q＝·Δt＝ （二）分类解读 一、中性面的概念解读 【例1】 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时(　　) A．线圈平面与磁感线方向平行 B．通过线圈的磁通量达到最大值 C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D．线圈中的电动势达到最大值 二、磁通量与交变电流的产生 【例2】 某线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过它的磁通量Φ随时间的变化规律可用图表示，则(　　) A．t1和t2时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大 B．t2时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零 C．t3时刻，线圈中的感应电动势为零 D．t4时