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(通用版)2018-2019版高中物理第五章交变电流微型专题练4交变电流的产生及描述学案新人教版选修3-2 (通用版)2018-2019版高中物理第五章交变电流微型专题练4交变电流的产生及描述学案新人教版选修3-2 PAGE / NUMPAGES (通用版)2018-2019版高中物理第五章交变电流微型专题练4交变电流的产生及描述学案新人教版选修3-2 微型专题 4 交变电流的产生及 描述 [ 学习目标 ] 1. 理解交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值 .2. 理解交变电流图象 的物理意义 .3. 知道交变电流“四值”的区别，会求解交变电流的有效值． 一、交变电流图象的应用 正弦交流电的图象是一条正弦曲线，从图象中可以得到以下信息： 2π 1 ．周期 ( T) 和角速度 ( ω ) ：线圈转动的角速度 ω ＝ T . 2 ．峰值 ( Em、 I m) ：图象上的最大值．可计算出有效值 Em I m E＝ 、I＝ . 2 2 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． ΔΦ 5．判断线圈中磁通量 Φ 及磁通量变化率 的变化情况． 例 1 ( 多选 ) 如图 1 所示，图线 a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象， 当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线 b 所示，以下关于这两个正弦交流电的 说法正确的是 ( ) 1 图 1 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∶2 C．交流电 a 的瞬时值表达式为 u＝ 10sin (5 π t ) V 20 D．交流电 b 的最大值为 3 V 答案 BCD 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a∶ b＝2∶3，故 n a∶ b＝3∶2， B 正确；由题图可知， C 正确；因 ω a∶ ω b＝3∶2，交流 T T n 电最大值 Um＝ nBSω ，故 Uma ∶Umb＝3∶2， Umb＝2Uma＝ 20 V ， D正确． 3 3 二、交变电流有效值的求解和应用 对于交变电流有效值的计算一般有以下两种情况 Em 1．对于按正 ( 余 ) 弦规律变化的电流，可先根据 Em＝ nBSω 求出其最大值，然后根据 E＝ 求 2 出其有效值．有关电功、电功率的计算，各种交流仪表读数都要用有效值． 2．当电流按非正 ( 余 ) 弦规律变化时， 必须根据有效值的定义求解， 在计算有效值时要注意三同：相同电阻、相同时间 ( 一般要取一个周期 ) 、产生相同热量． 例 2 有两个完全相同的电热器， 分别通以如图 2 甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和 正弦交变电流．求这两个电热器的电功率之比． 图 2 答案 2∶1 解析 交变电流通过纯电阻用电器 R 时，其电功率 ＝ 2 ， 是交变电流的有效值． P I R I 对于题图甲所示的方波交变电流，因大小恒定，故有效值 I 甲 ＝ I . m 对于题图乙所示的正弦交变电流，有效值 I m I 乙 ＝ 2 2 2 I m 2 1 2 P 甲＝ I m R，P乙＝ 2 R＝ 2I m R 所以 P甲 ∶P 乙＝2∶1. 例 3 如图 3 所示的交变电流由正弦式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 ( ) 图 3 1 2 3 A.2I0 B. 2I0C. 2I0D．I0 答案 C 解析 由题图知交变电流的周期 T＝2 s ．一个周期内：前半个周期电流的有效值： I 1＝ I 0 ， 2 后半个周期电流的有效值： I 2＝I 0. 设交变电流的有效值为 I ，根据交变电流有效值的定义有 2 ＝ 2 T 2 T I 0 2 T 2 T ＝ 3 0，故选项 C 正确． 1 ＋ 2 ＝ ＋ 0 ，解得 I 2 I IRTI R2 I R2 2R2 I R2 三、交变电流“四值”的比较 交变电流的四值，即峰值、有效值、瞬时值、平均值，在不同情况下的应用： 1．在研究电容器的耐压值时，只能用峰值． 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， 交流电表显示的也是有效 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 4 一个电阻为 r 、边长为 L 的正方形线圈 abcd 共 N匝，线圈在磁感应强度为 B的匀强磁 场中绕垂直于磁感线的轴 OO′以如图 4 所示的角速度 ω 匀速转动，外电路电阻为 R. 图 4 写出此时刻线圈中感应电流的方向． 线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大？