《交变电流》全章学案doc-教学中国教育新闻网-wwwj

1第一节交流电的产生和描述【知识预习】1.我们把的电流，称为交变电流，俗称交流电。2.交流电的产生：将线圈置于中，并绕垂直于磁感线的轴，就会产生正（余）弦交变电流。3.中性面：（1）线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量，磁通量的变化率为，感应电动势为。（2）线圈转动一周，次经过中性面，线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。4.线圈经过位置时，感应电动势最大，感应电动势的最大值为Em=(设线圈的面积为S、匝数为N、磁感应强度为B、线圈绕轴转动的角速度为ω)5.交流的有效值：根据电流的来规定的，即用直流和交流分别给同一个电阻供电，若果在相同的时间内产生的电热相同，我们就把直流叫做交流的有效值。我们平时所说的照明电压220V，动力电压380V指的都是交流的有效值。另外，用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流，交流电压表、电流表所测量的读数都指的是交流的有效值。对于正、余弦交流电，最大值与有效值的关系为：E=；U=；I=。【预习检测】1.我国交流电的周期为50Hz，那么1min内电流的方向改变多少次？2.一正弦交变电流的最大值为5A，它的有效值是多少？3.下列关于中性面位置的说法中，正确的是：A.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电动势最大B.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的感应电动势最大C.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电动势为零D.线圈每经过中性面位置一次，感应电流的方向改变一次。*4.如图所示，一矩形线圈abcd置于磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴O以角速度ω从位置Ⅰ开始逆时针匀角速转动，经过时间t到达位置Ⅱ，试写出线圈处于位置Ⅱ时的感应电动势的表达式。（ab=l1，cd=l2）5.某正弦交流电的图像如图所示，则由图像可知：A.该交流电的频率为0.02HzB.该交流电的有效值为14.14AC.该交流电的瞬时值表达式为i=20sin(0.02t)D.在t=T/8时刻，该交流的大小与其有效值相等BabcdAi/st/2020O01.002.02【典例精析】1.交流电的产生【例题1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法中正确的是：A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈磁通量的变化率最大D.每当感应电动势e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都是最大的【分析】【跟踪练习1】线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流的图像如图所示，由此可知：A.在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大的位置B.在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大C.在B时刻到D时刻，穿过线圈的磁通量现变大后变小D.若从A时刻到B时刻经过0.01s，则在1s内交变电流的方向改变50次【例题2】如图所示，矩形线圈abcd（已知ab边长为L1，ad边长为L2）在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀角速转动，则线圈中感应电动势的大小为：A.2/sin21tLBLB.2/cos21tLBLC.tLBLsin21D.tLBLcos21【分析】【跟踪练习2】如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时：A.线圈中感应电流的方向为abcdB.线圈中的感应电流为nBl2ω/RC.穿过线圈的磁通量为0D.穿过线圈磁通量的变化率为Bl2ω2.交流电的描述【例题3】两只阻值相同的电阻分别通以正弦交流电和方波形交流电，如图所示，若它们的电流最大值相等，则两只电阻产生的热功率之比为：et1t2t3tetOABCDabcdOOOBabcdO3A.1:4B.1:2C.1:1D.2:1【分析】【跟踪练习3】一个电热器接在10V的直流电源上，在ts内产生的焦耳热为Q，今将该电热器接在一正弦交流电源上它在2ts内产生的焦耳热为Q，则这一交流电源的交流电压的最大值和有效值分别是：A.最大值是10V，有效值是25VB.最大值是10V，有效值是10VC.最大值是25V，有效值是25VD.最大值是20V，有效值是210V【例题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′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电阻为R。（1）转动过程中产生的感应电动势的最大值为多大？（2）线圈从图示位置转过60°时的感应电动势为多大？（3）线圈转动过程中，图中电压表的示数为多大？（4）从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过电阻R的电量和电阻R中产生的热量分别为多大？【分析】【跟踪练习4】如图所示，一台模型发电机的电枢是矩形导线框abcd，ab=cd=0.4m，ad=bc=0.2m，共100匝，它在磁感应强度为B=0.2T的匀强磁场中绕通过线框对称中心线且垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，当开关S断开时，电压表的示数为210V，开关S闭合时，外电路中标有“10V10W”的灯泡恰好正常发光。求导线框转动的角速度。abcdBRVOOOOVSabcdAi/st/IIAi/st/II4【课时效度检测】1.单匝矩形线圈边长分别为a和b，在匀强磁场B中绕对称轴以角速度匀速转动，且对称轴与磁力线垂直。设t0时线圈平面与磁力线平行，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为A．2BatcosB．BabtcosC．2BatsinD．Babtsin2.已知交变电流的瞬时值的表达式是i＝5sin50πt(安),从t＝0到第一次出现最大值的时间是：A．6.25秒B．1/200秒C．1/150秒D．1/100秒3.一个电热器接在10V直流电源上，消耗的电功率为P0，把它接在如图所示的方波交流电源上（不计温度变化对电阻的影响），它消耗的电功率为P02/，则此方波的幅值Umax应是：A．10VB．5VC．52VD．102V4.如图所示，在磁感强度B＝10T的匀强磁场中有一矩形线圈abcd,其电阻R＝10Ω，初始放置时线圈平面与磁感线平行，已知线圈ab＝15cm，ad＝10cm，线圈绕对称轴OO’转动，且转速为50转/秒。求：(1)线圈得到的感应电动势峰值是多大？(2)如图规定感应电流方向abcd为正方向，且开始时ab边沿纸面向外的方向旋转，写出感应电流i的表达式。5.如图，线圈的面积201032.cm，共100匝。处在BT05.的匀强磁场中，以50周/秒的转速匀速转动，已知线圈电阻为1，外接电阻为9，那么：（1）电键K打开时电压表的读数是多少？（2）电键K合上后电压表的读数是多少？（3）电阻R上消耗的功率是多少？（4）以图示位置为计时零点，写出电流的表达式。5第二节交流电路中的电容和电感【知识预习】1.电阻器对直流和交流的影响是；电容器不让通过却能让通过，但对有一定的阻碍作用；电感既能让直流通过也能让交流通过，但对有一定的阻碍作用。2.直流不能通过电容器，是因为电容器两极之间的绝缘介质阻碍了导体中自由电子的的通过。交变电流能够通过电容器，是因为交变电流能使电容器两极间电压的大小和方向做，当电压增大时，导体中的电流流向电容器，给电容器，在电路中形成；当电压减小时，电容器，电流流出电容器，在电路中形成。所以，尽管自由电子不能通过电容器两极间的绝缘物质，但在周期性交变电压作用下，电容器不断充电、放电，电路中就会形成持续的交变电流。电容器对交流有一定的阻碍作用，这种阻碍作用叫做。容抗的大小与电容器本身的电容量、交变电流的频率有关：电容量越大、交变电流的频率越高，容抗，电容器对交流的阻碍作用；反之，电容量越小、交变电流的频率越低，容抗，电流对交流的阻碍作用。电容器在电路中的作用是：“、”；“、”。3.线圈中的电流发生变化引起穿过线圈的磁通量变化，从而在线圈中激发出自感电动势，根据楞次定律，自感电动势将阻碍线圈中电流的变化，从而产生对交变电流的阻碍作用。由于直流不发生变化，在线圈中不会产生自感电动势，也就不会产生阻碍作用。所以，电感在电路中具有“、”的作用。电感对交流的阻碍作用叫做。感抗的大小与电感本身的自感系数、交变电流的频率有关：自感系数越大、交变电流的频率越高，感抗就，电感对交流的阻碍作用就；反之，自感系数越小、交变电流的频率越低，感抗就，电感对交流的阻碍作用就。所以电感还具有“、”4.低频扼流圈的自感系数，在电路中起到的作用。高频扼流圈的自感系数，在电路中起到的作用。【预习检测】1.如图所示，电路由交变电源供电，如果交变电流的频率增大，则：A.电容器上电荷量最大值增大B.电容器容抗增大C.电路中灯泡的亮度变亮D.电路中灯泡的亮度变暗2.一灯泡和一电感线圈串联，用交流电供电，若提高交流电的频率，则：A.电感线圈的感抗增加B.电感线圈的感抗减小C.电灯泡变亮D.电灯泡变暗C~6【典例精析】【例题1】“二分频”音箱内有高、低两个扬声器。音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动。图为音箱的电路简化图，高低频混合电流由a、b端输入，L是线圈，C是电容器，则：A.L的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器B.C的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器C.甲扬声器是高频电流扬声器D.以上说法均不对【分析】【跟踪练习1】如图所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联接在一交流电源上，三个电流表的示数相同。若保持电源电压的大小不变，而将频率减小，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是：A.I1=I2=I3B.I1I2I3C.I2I1I3D.I3I1I2【例题2】如图，三个灯泡是相同的，而且耐压足够高．交、直流两电源的内阻可忽略，电动势相等。当s接a时，三个灯亮度相同，那么s接b时：A.三个灯亮度相同B.甲灯最亮，丙灯不亮C.甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D.只有丙灯不亮，乙灯最亮【分析】【例题3】如图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用．【分析】【课堂效度检测】1.有一电阻极小的导线绕制而成线圈，接在交流电上，如果电源电压峰值保持不变，aLC甲乙b1A2A3A~RCL甲乙丙7比较下面哪种情况，通过线圈的电流强度最小：A.所加电源频率为50HzB.所加电源频率为100HzC.所加电源频率为50Hz，减少线圈匝数D.在线圈中加入铁芯，所加电源频率为100Hz2.有两个电容分别为C1=5μF,C2=3μF两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流强度最大A.在C1上加f=50Hz的交变电流B.在C2上加f=50Hz的交变电流C.在C1上加f=60Hz的交变电流D.在C2上加f=60Hz的交变电流3.一段长直导线接在交流电源上时电流强度I1，如果把这段长直导线密绕成线圈，现接入原电路，通过线圈的电流强度为I2，则A.I2I1B.I2I1C.I2=I1D.条件不足，无法比较4.如图所示，线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小，此电路的重要作用是：A.阻直流通交流，输出交流B.阻交流通直流，输出直流C.阻低频通高频，输出高频电流D.阻高频通低频，输出低频和直流5.一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图所示．一块铁插进线圈之后，该灯将：A.变亮B.变暗C.对灯没影响D.不能确定6.如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是：A.把电介质插入电容器，灯泡变亮B.增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮C.减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗D.使交变电流频率减小，灯泡变暗7.如图所示为一高通滤波电路，已知电源电压中既含有高频的交流成分，还含有直