第三章 专题提升6 交变电流规律的应用-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册同步全程学习课件PPT（粤教版）

专题提升6　交变电流规律的应用 [素养目标] 1.掌握交变电流的产生规律,能解决与表达式和图像相关的问题. 2.理解交变电流的“四值”,能在实际问题中分析求解相关问题. 分类研析 突破要点,提升关键 类型一　交变电流的产生、表达式和图像问题 1.要掌握好中性面及垂直中性面位置的特点 (1)中性面:磁通量最大,但变化率为零,感应电动势E=0. 2.用公式和图像描述交变电流的变化规律(从中性面开始计时) [例1] (多选)如图所示是某交流发电机产生的交变电流的图像,根据图像可以判定(　 　) A.此交变电流的频率为5 Hz B.该交变电流的电压瞬时值的表达式为u=12sin 10πt(V) C.将标有“12 V　3 W”的灯泡接在此交流电源上,灯泡可以正常发光 D.图像上对应的0.1 s时刻,发电机中的线圈刚好转至中性面 ABD [对点训练1]一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电动势的图像如图所示,则(　 　) B 类型二　交变电流的“四值”问题 [例2] 如图所示,位于竖直平面内的矩形金属线圈,边长L1=0.40 m、L2=0.25 m,其匝数n=100,总电阻r=1.0 Ω,线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)接在一起,并通过电刷和R=3.0 Ω 的定值电阻相连接.线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度B=1.0 T,在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动,角速度ω=2.0 rad/s.求: (1)电阻R两端电压的最大值; (3)在线圈转动一周的过程中,整个电路产生的焦耳热. 思路点拨:(1)线圈等效为电源,是内电路,电阻R为外电路. (2)利用公式Em=nBSω求电动势的最大值,其中S=L1L2. (3)R两端的电压为路端电压,不是电动势. (4)求电荷量用平均值,求焦耳热用有效值. 答案:(1)15 V　(2)2.5 C　(3)157 J 应用“四值”的几点技巧 (2)计算时一般取一个周期,如果一个周期内各时段交变电流的规律不同,应分段计算然后求和. (3)各种交流电表、交流电器上标注的额定值及与热效应有关的计算等都指的是有效值. (4)计算流过导体横截面的电荷量时必须用平均值. D 随堂演练 检测效果,发展素养 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(　 　) D AB 2.(多选)一交流电压的图像如图所示.将该交流电压加在一阻值为22 Ω的电阻两端,下列说法中正确的是(　 　) 3.图甲为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示.发电机线圈内阻为1 Ω,外接灯泡的电阻为9 Ω,则(　 　) A.电压表的示数为6 V B.在t=10-2 s的时刻,穿过线圈的磁通量为零 C.若线圈转速改为25 r/s,则电动势的有效值为3 V D.若线圈转速改为25 r/s,则通过灯泡的电流为1.2 A C 点击进入 课时作业 (2)垂直中性面位置:磁通量Φ=0,但变化率最大,感应电动势e=Em=NBSω. 函数 图像 说明 磁通量 Φ=Φmcos ωt =BScos ωt S为线圈的面积,N为线圈的匝数,r为线圈的电阻(内阻),R为外电阻 感应 电动势 e=Emsin ωt =NBSωsin ωt 路端 电压 u=Umsin ωt =sin ωt 感应 电流 i=Imsin ωt= sin ωt 解析:由图像可知,交变电流的周期T=0.2 s,交变电压的最大值Um=12 V,所以此交变电流的频率f==5 Hz,角速度ω==10π rad/s,交变电压瞬时值的表达式u= Umsin ωt=12sin 10πt(V),选项A、B正确;标有“12 V　3 W”的灯泡正常发光时其两端电压的有效值为12 V,而交变电压有效值U==6 V,所以灯泡不能正常发光,选项C错误;图像上对应的0.1 s 时刻,交变电压瞬时值为零,穿过发电机中的线圈的磁通量最大,发电机中的线圈刚好转至中性面,选项D正确. 解析:从图像可知交变电流周期为2π s,频率为 Hz,t=π s时,e=0最小,A、C错误;t=0时,e最小,Φ最大,线圈平面与磁感线垂直,B正确;t=π s时,e=-10 V, e最大,最大,“-”表示方向,D错误. A.交变电流的频率是4π Hz B.当t=0时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大 C.当t=π s时,e有最大值 D.t=π s时,e=-10 V最小,磁通量变化率最小 项目