2022届高考物理一轮复习-第十一章-交变电流-第一节-交变电流及其变化规律学案-新人教版.doc
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1、2022届高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 第一节 交变电流及其变化规律学案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 第一节 交变电流及其变化规律学案 新人教版年级:姓名:- 10 -第一节交变电流及其变化规律1如图,在由一对磁极产生的匀强磁场中,当闭合矩形线圈的转轴垂直于磁场且在磁极间转动时,产生的电流大小和方向都会发生周期性的变化,这样的电流叫做交变电流。2电流随时间按正弦函数曲线变化的交流电叫做正弦交流电。电流随时间按余弦函数曲线变化的交流电叫做余弦交流电。如下图所示的交流电是正弦交流电。3在发电机中,线圈与磁场垂直的平面叫做中性面,当线圈转到中性面时磁通量最大,产生
2、的感应电动势为零;转到与磁场平行的位置时磁通量最小,产生的感应电动势最大,最大的感应电动势EmBS(为角速度,B为磁场强度,S为线圈面积)。4当n匝闭合线圈转到与中性面的夹角为t(为角速度,t为时间)时,线圈中产生的感应电动势为enBS sintnEm sint。5在相同时间内,如果交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻产生的热量相同,则把恒定电流(电压)的大小称为交变电流的有效值;对于正弦交流电,其有效值为其最大值的1/倍,即I有效(注:生活中所说的电压、电流都是其有效值)。6交流电的平均值:反应的是交变电流图像的波形与横轴(时间轴)所围成的面积和时间的比值,即n7如果线圈转动的周期为T(单位
3、s),角速度为(单位rad/s),频率为f(单位赫兹),则有T,(我国使用的交变电流频率为50Hz)8电感对交变电流均有阻碍作用。交变电流通过电感线圈时,线圈中产生自感电动势,阻碍电流的变化,形成了对电流的阻碍作用,这种阻碍作用叫感抗。电感线圈在交流电路中有“通直流、阻交流、通低频、阻高频”的特性。例1一个闭合矩形线圈的长为a,宽为b,电阻为R,处在竖直向下的匀强磁场中,磁场强度为B,线圈从中性面开始转动,当转到与中性面成角时,所用时间为t,求:(1)此时线圈中的感应电动势(2) 一个周期内电流的有效值。【解析】 (1)由知识梳理4可知,线圈中产生的感应电动势为eabB sin(90)abBc
4、os(2)线圈中的最大电动势为EmabB/t,于是最大电流为Im 于是电流的有效值为I 例2如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动,线框中感应电流的有效值I_。线框从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量q_。【解析】 本题考查交变流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交变电流中有关电荷量的计算等知识。电动势的最大值EmBS,电动势的有效值E,电流的有效值I;qttt。【答案】 例3如图所示,匀强磁场的磁感应强度B0.5 T,边长L10 cm的正方形线圈共100匝,线圈总电
5、阻r1 ,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,角速度2 rad/s,外电路中的电阻R4 ,求:(计算结果小数点后保留两位有效数字) (1)感应电动势的最大值;(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60时的瞬时感应电动势;(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60的过程中产生的平均感应电动势;(4)交流电压表的示数;(5)线圈转动一周产生的总热量;(6)从图示位置开始的周期内通过R的电荷量。【解析】 (1)感应电动势的最大值EmnBS1000.50.122 V3.14 V(2)由图示位置转过60时的瞬时感应电动势eEmcos 603.140.5 V1.57 V(3)由图示位置转过
6、60的过程中产生的平均感应电动势nn100 V2.60 V(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值,即URV1.78 V(5)线圈转动一周产生的总热量QT0.99 J(6)在周期内通过电阻R的电荷量q C0.087 C【答案】 (1)3.14 V(2)1.57 V(3)2.60 V(4)1.78 V(5)0.99 J(6)0.087 C1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,下列说法正确的是 ()A在中性面时,通过线圈的磁通量最大B在中性面时,感应电动势最大C穿过线圈的磁通量为零时,感应电动势也为零D线圈每通过中性面两次,电流方向改变一次2如图所示,面积均为S的单匝线圈绕其对
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