第三章 交变电流 章末整合提升-2020-2021学年高中物理选修3-2【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

专题一　交流电的瞬时值、最大值、有效值和平均值的特点及应用 1．瞬时值：瞬时值是交变电流某一时刻的值，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的电动势瞬时值表达式e＝Emsin ωt，电流瞬时值表达式i＝Imsin ωt，其中θ＝ωt为线圈与中性面的夹角，一般用于计算线圈某一时刻的受力情况。 2．最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的交变电流最大值Em＝nBSω，在考虑电容器的耐压值时，应根据交流电的最大值。 3．平均值：平均值需用＝n和＝进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，q＝t。 4．有效值：正弦式交流电的有效值I＝，其他交变电流的有效值根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值。 　如图3－1甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图。其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100 匝，电阻r＝10 Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R＝90 Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化。求： 图3－1 (1)交流发电机产生的电动势最大值； (2)电动势的瞬时值表达式； (3)线圈转过 s时电动势的瞬时值； (4)电路中交流电压表的示数。 [解析]　(1)交流发电机产生的电动势最大值 Em＝nBSω 而Φm＝BS，ω＝，所以Em＝[来源:Z§xx§k.Com] 由Φ­t图线可知，Φm＝2.0×10－2Wb，T＝0.2 s 所以Em＝20π V＝62.8 V。 (2)线圈转动的角速度ω＝＝ rad/s＝10π rad/s，由于从垂直中性面处开始计时，所以感应电动势瞬时值表达式为e＝Emcos ωt＝62.8cos (10πt) V (3)当线圈转过 s时 e＝20πcos (10π×) V＝10π V＝31.4 V[来源:学科网] (4)电动势的有效值E＝＝10π V U＝E＝×10π V＝9π V≈40 V。 [答案]　(1)62.8 V　(2)e＝62.8cos (10πt) V　 (3)31.4 V　(4)40 V 专题二　交流电的数学表达式与图象的综合应用 设线圈从中性面开始计时，线圈转动的角速度为ω，线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，线圈电阻为r，外电路电阻为R，则经过时间t，有瞬时值 e＝Emsin ωt，u＝Umsin ωt，i＝Imsin ωt， 其中：Em＝NBSω，Um＝ImR，Im＝。 正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线。如图3－2所示。 图3－2 从图象中可以解读到以下信息： 1．交变电流的最大值Im、Em、周期T。[来源:学科网] 2．因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。 3．可找出线圈平行磁感线的时刻。 4．判断线圈中磁通量的变化情况。 5．分析判断i、e随时间的变化规律。 　(多选)如图3－3所示，“匚”形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动。在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以图3－4所示的交变电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的时间是 图3－3　　　　　图3－4 A．0→t1　　　　　　　　　 B．t1→t2[来源:学_科_网Z_X_X_K] C．t2→t3 D．t3→t4 [解析]　0→t1时间内，电流i由c→d且逐渐增大，由安培定则及楞次定律可判定：闭合回路中的磁场方向垂直纸面向里，金属棒ab中的电流方向由a→b，再由左手定则可判定，此时ab棒所受安培力向左，选项A正确。同理可判断了t1→t2时间内、t3→t4时间内ab棒所受安培力向右，t2→t3时间内ab棒所受安培力向左。答案为AC。 [答案]　AC [规律总结] 本题是安培定则、楞次定律及左手定则与交流电变化规律的综合判断题。分析时从cd中电流的变化规律出发，分时间段对电流变化引起的磁通量变化、感应电流的产生、电流在磁场中的受力方向逐一做出判断。 专题三　电容器、电感器对交流电的影响 电阻对交流电和交流电的影响是相同的，电容器和电感器对直流电和交流电的影响概括如下： 电容器：通交流、隔直流，通高频、阻低频； 电感器：通直流、阻交流，通低频、阻高频。 电容器对交流电的阻碍作用用容抗来表示XC＝， 电感器对交流电的阻碍作用用感抗来表示XL＝2πfL。 图3－5[来源:Z.xx.k.Com] 　如图3－5所示，三个灯