物理第十章 交变电流 传感器 第1讲 交变电流的产生和描述.ppt
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1、第1讲交变电流的产生和描述第十章 交变电流 传感器内容索引基础知识梳理命题点一交变电流的产生及变化规律 命题点二 交流电有效值的求解 命题点三 交变电流“四值”的理解和计算课时作业基础知识梳理1一、交变电流及其产生和图象一、交变电流及其产生和图象1.交变电流(1)定义:大小和 都随时间做周期性变化的电流.(2)图象:如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫 交变电流,如图甲所示.方向正弦式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 方向的轴匀速转动.(2)两个特殊位置的特点:线圈平面与中性面重合时,SB,最 ,0,e0,i0,电流方向将 .线
2、圈平面与中性面垂直时,SB,0,e最大,i最大,电流方向 .磁场大最大不改变发生改变(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向 ,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变 次.(4)图象:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从 位置开始计时,其图象为正弦曲线.如图甲、乙所示.发生改变两中性面二、正弦式交变电流的描述二、正弦式交变电流的描述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 .(2)频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的 .单位是赫兹(Hz).(3)周期和频率的关系:.次数2.正弦式交变电流的函数
3、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:eEmsin t,其中等于线圈转动的角速度,Em .(2)负载两端的电压u随时间变化的规律:uUmsin t.(3)电流i随时间变化的规律:iImsin t.nBS3.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 等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值.对正弦交流电,其有效值和峰值的关系为:.热效应深度思考如图甲、乙、丙、丁、戊所示,把5个面积相同的线圈放入同一匀强磁场中,绕不同的轴转动,在转动
4、过程中感应电动势的最大值是否相同?为什么?答案深度思考深度思考1.判断下列说法是否正确.(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,一定会产生正弦式交变电流.()(2)线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大.()(3)有效值公式I 适用于任何交变电流.()(4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值.()(5)交流电压表和电流表测量的是交流电的平均值.()(6)我国使用的交变电流周期是0.02 s,电流方向每秒改变50次.()基础题组自测基础题组自测2.(多选)关于中性面,下列说法正确的是A.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最
5、大,磁通量的变 化率为零B.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变 化率最大C.线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次D.线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的 方向就改变一次3.(多选)图甲为交流发电机的原理图,正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO匀速转动,电流表为理想交流电表,线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示,则A.电流表的示数为10 AB.线圈转动的角速度为50 rad/sC.0.01 s时线圈平面和磁场平行D.0.01 s时线圈的磁通量变化率为0答案4.(鲁科版选修32P61第1题)两只相同的电阻,分别通以正弦波形的
6、交流电和方波形的交流电,两种交流电的最大值相等,且周期相等(如图所示).在正弦波形交流电的一个周期内,正弦波形的交流电在电阻上产生的焦耳热为Q1,其与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q2之比Q1Q2等于A.11 B.21 C.12 D.43答案5.(鲁科版选修32P61第2题)(多选)在两块金属板上加交变电压uUmsin t,当t0时,板间有一个带电粒子正处于静止状态,下面关于带电粒子以后的运动情况的判断正确的是A.tT时,带电粒子回到原出发点B.带电粒子始终向一个方向运动C.t 时,带电粒子将有最大速度D.t 时,带电粒子位移最大答案2命题点一 交变电流的产生及变化规律1.交变电流的变化规律
7、(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin tnBSsin t规律物理量函数表达式图象电压uUmsin t sin t电流iImsin t sin t2.交变电流瞬时值表达式的书写(1)确定正弦交变电流的峰值,根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值.(2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.如:线圈从中性面位置开始转动,则it图象为正弦函数图象,函数式为iImsin t.线圈从垂直中性面位置开始转动,则it图象为余弦函数图象,函数式为iImcos t.(多选)如图,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
8、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t0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交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t 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1】答案解析分析题组阶梯突破题组阶梯突破1.小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动,如图所示.矩形线圈ab
9、边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压A.峰值是e0 B.峰值是2e0C.有效值是 Ne0 D.有效值是 Ne0答案分析题眼2.(多选)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是A.电流表的示数为10 AB.线圈转动的角速度为50 rad/sC.t0.01 s时,线圈平面与磁场 方向平行D.t0.02 s时,电阻R中电流的方 向自右向左答案解析有效值ImT分析3.(多选)如图甲所示
10、,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象如图乙中曲线a、b所示,则A.两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B.曲线a、b对应的线圈转速之比为23C.曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V答案解析3命题点二 交流电有效值的求解1.交变电流有效值的规定:交变电流、恒定电流I直分别通过同一电阻R,在相等时间内产生焦耳热分别为Q交、Q直,若Q交Q直,则交变电流的有效值II直(直流有效值也可以这样算).2.对有效值的理解:(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值;(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额
11、定功率等)指的均是有效值;(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值;(4)没有特别加以说明的,是指有效值;(5)“交流的最大值是有效值的 倍”仅用于正弦式电流.3.交流电通过电阻产生的焦耳热的计算只能用交变电流的有效值(不能用平均值)求解,求解电荷量时只能用交变电流的平均值(不能用有效值)计算.一个匝数为100匝,电阻为0.5 的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按图所示规律变化.则线圈中产生交变电流的有效值为A.5 A B.2 AC.6 A D.5 A【例2】答案解析 如图所示电路,电阻R1与电阻R2串联接在交变电源上,且R1R210,正弦
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