第四講交流電學案

2022-08-25 00:33:02 字數 4389 閱讀 8805

[學習目標]

1、理解交變電流的產生原理及變化規律;

2、理解描述交變電流幾個物理量以及它們之間的關係;

3、理解電感、電容器對交變電流有阻礙作用的原因?

[自主學習]

一、交變電流的產生

1、什麼是中性面?

2、當線圈處於中性麵時,穿過線圈的磁通量感應電流為而當線圈垂直於中性麵時,穿過線圈的磁通量為感應電流

3、線圈每轉動一周,電流方向改變次,電流方向改變時,線圈處於什麼位置?我國日常生活中使用的交變電流一秒中電流方向改變次。

二、交變電流的描述

1、寫出正弦式交變電流電動勢的最大值、瞬時值、有效值以及平均值表示式?

2、對於正弦式交變電流其有效值與最大值得關係是是不是對一切交變電流都是如此?

3、在我們經常遇到的問題中,那些地方應用有效值?那些地方應用最大值?那些地方應用平均值?

三、電感、電容

1、試分析電感電容器對交變電流有阻礙作用的原因?感抗與容抗與那些因素有關?有什麼關係?

2、扼流圈分為低頻扼流圈和高頻扼流圈:那低頻扼流圈的作用是高頻扼流圈的作用是

[典型例題]

例1:一矩形線圈,繞垂直勻強磁場並位於線圈平面內的固定軸轉動,線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖所示,下列說法中正確的是( )

a、t1時刻通過線圈的磁通量為零; b、t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大;

c、t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大;

d、每當e改變方向時,通過線圈的磁通量的絕對值都為最大

例2、如圖表示一交變電流的電流隨時間而變化的圖象,

此交變電流的有效值( )

a、5 2 ab、5a

c、3.5 2 a d、3.5a

例3.一矩形線圈,面積為s,匝數為n,在磁感應強度為b的勻強磁場中繞著中心對稱軸做勻速轉動,角速度為ω,磁場方向與轉軸垂直,當線圈轉到中性面開始計時。

(1)試證明:線圈中感應電動勢的最大值em=nbsω,

(2)寫出線圈中感應電動勢隨時間變化的表示式。

(3)若線圈中的電阻為r,則線圈中電流的最大值為多少?請寫出線圈中的電流瞬時表示式。

(4)**圈轉過90°的過程中,線圈中感應電動勢的平均值多大?

例4:如圖,矩形線圈面積為s,匝數為n,線圈電阻為r,在磁感強度為b的勻強磁場中繞oo`軸以角速度ω勻速轉動,外電路電阻為r。求:

、寫出線圈在轉動中產生的電動勢的最大值表示式;

、如果線圈從圖示位置開始計時,寫出電動勢的瞬時表示式;

、當線圈由圖示位置轉過900的過程中,電阻r上所產生的熱量;

、當線圈由圖示位置轉過900的過程中,通過電阻r的電荷量。

[針對訓練]

1、交流發電機在工作時電動勢為e= emsinωt ,若將發電機的轉速提高一倍,同時將電樞所圍面積減少一半,其它條件不變,則電動勢為( )

a、e= emsin(ωt/2) b、e= 2emsin(ωt/2) c、e= emsin2ωt d、e= em/2sin2ωt

2、一電熱器接在10v的電源上,產生的熱功率為p,把它改接到另一正弦交變電路中,要使產生的熱功率為原來的一半,如果忽略電阻值隨溫度的變化,則該交變電流的電壓的最大值為等於( )

a、5v b、14v c、7.1v d、10v

3、如圖是乙個正弦交變電流的i—t圖象,根據這一圖象,該交流電的瞬時值表示式為

a,它的有效值為 a。

5、如圖所示,表示一交流電的電流隨時間的變化圖象,其中電流正值為正弦曲線的正半周,則該交流電的有效值為多少?

6、如圖所示,一交流發電機的線圈在勻強磁場中勻速轉動,線圈匝數n=100,線圈電阻r=3ω,ab=cd=0.5m,bc=ad=0.4m,磁感應強度b=0.5t,

電阻r=311ω,當線圈以n=300r/min的轉速勻速轉動時,求:

感應電動勢的最大值;

t=0時刻,線圈在圖示位置,寫出此交變電流電動勢的瞬時值表示式;

此電壓表的示數是多少?

[能力訓練]

1、如圖甲中所示,一矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直於磁感線的軸勻速轉動,線圈所圍面積的磁通量φ隨時間t變化的規律如圖乙所示,下列論述正確的是( )

a、t1時刻線圈中感應電動勢最大;

b、t2時刻導線ad的速度方向跟磁感線垂直;

c、t3時刻線圈平面與中性面重合;

d、t4 、t5時刻線圈中感應電流方向相同

2、已知交變電流i=imsinωt,線圈從中性面開始轉動,轉動了多長時間,其瞬時值等於有效值( )

a、 2b、π/ 2ω c、π/ 4ω d、π/ 2ω

3、如圖,[ 形金屬導軌水平放置,導軌上跨接一

金屬棒ab,與導軌構成閉合電路,並能在導軌上自由滑動,在導軌左側與ab平行放置的導線cd中。通有如圖所示的交變電流。規定電流方向自c向d為正,則ab棒受到向左的安培力的時間是( )

a、0—t1b、t1—t2

c、t2—t3d、t3—t4

4、在如圖所示電路圖中,l為電感線圈,r為燈泡,電流錶內阻為零,電壓表內阻無窮大,交流電源的電壓u=220 2 sin100πt v,若保持電壓的有效值不變,只將電源頻率改為100hz,下列說法正確的是( )

a、電流表示數增大 b、電壓表示數增大

c、燈泡變暗d、燈泡變亮

6、如圖所示,有一閉合的正方形線圈,匝數n=100,邊長為10cm,線圈總電阻為10ω,線圈繞oo』軸在b=0.5t的勻強磁場中轉動,每分鐘轉1500轉,則線圈平面從圖示位置轉過30度時,感應電動勢的值是v。

7、一交流電壓的瞬時值表示式為u=15 sin100πt ,將該交流電壓加在一電阻上,產生的電功率為25w,那麼這個電阻的阻值

9、一小型發電機內的矩形線圈在勻速磁場中以恆定的角速度ω繞垂直於磁場方向的固定軸轉動,線圈匝數n=100,穿過每匝的磁通量φ隨時間按正弦規律變化,如圖所示,發電機內阻r=5.0ω,外電路電阻r=95ω。已知感應電動勢的最大值em=nωφm。

其中φm為穿過每匝線圈磁通量的最大值。求串聯在外電路中的交流電流錶(內阻不計)的讀數?

10、如圖所示,邊長為a=10cm的正方形線圈繞垂直於磁感線的oo`軸以n=10r/s的轉速勻速轉動,磁場的磁感應強度b=0.1t,線圈的匝數n=100匝,電阻r=1ω。線圈兩端分別接在兩個固定

於oo`軸上且彼此絕緣的金屬滑環上,外電路接有r=9ω的電阻,並接有乙隻理想交流電壓表。求:

、電壓表的讀數;

、若從線圈通過中性面開始計時,轉過900過程中,通過電阻r的電荷量;

、在1min內,作用**圈上的外力所做的功是多少?

11.將阻值為5ω的電阻接到內阻不計的交流電源上,電源電動勢隨時間變化的規律如圖所示。下列說法正確的是

a.電路中交變電流的頻率為0.25 hz b.通過電阻的電流為a

c.電阻消耗的電功率為2.5 w d.用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是5 v

12.如圖甲所示電路,電阻r的阻值為50ω,在ab 間加上圖乙所示的正弦交流電,則下面說法中錯誤的是

a.交流電壓的有效值為100v

b.電流表示數為2a

c.產生該交流電的線圈在磁場中轉動的角速度為3.14rad/s

d.如果產生該交流電的線圈轉速提高一倍,則電流錶的示數也增大一倍

13.一正弦交流電的電壓隨時間變化的規律如圖所示。由圖可知

a.該交流電的電壓瞬時值的表示式為u=100sin(25t)v

b.該交流電的頻率為25 hz

c.該交流電的電壓的有效值為

d.若將該交流電壓加在阻值r=100 ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率時50 w

15.電阻r1、r2與交流電源按照圖1方式連線,r1=10ω,r2 =20ω。合上開關s後,通過電阻r1的正弦交變電流i隨時間t變化的情況如圖2所示。則

a.通過r1的電流有效值是1.2a b.r1兩端的電壓有效值是6v

c.通過r2的電流最大值是1.2a d.r2兩端的電壓最大值是6v

20.如圖14-14所示,邊長為l的正方形線圈abcd的匝數為n,線圈電阻為r,外電路的電阻為r,ab的中點和cd的中點的連線oo′恰好位於勻強磁場的邊界上,磁感應強度為b,現**圈以oo′為軸,以角速度ω勻速轉動,求:

⑴閉合電路中電流瞬時值的表示式

⑵線圈從圖示位置轉過90°的過程中電阻r上產生的熱量

⑶線圈從圖示位置轉過90°的過程中通過r的電荷量

⑷電阻r上的最大電壓

21.用單位長度電阻為r0=0.05ω/m的導線繞制乙個n=100匝、邊長a=0.20m的正方形線圈,線圈兩端與阻值r=16ω的電阻連線構成閉合迴路,如圖甲所示。

線圈處在均勻磁場中,磁場方向垂直於線圈平面,磁感應強度b的大小隨時間變化的關係如圖乙所示。求:

(1)在0~1.0×10-2 s時間內,通過電阻r的電荷量;

(2)1min內電流通過電阻r所產生的熱量;

(3)線圈中所產生的感應電流的有效值。

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