交变电流描述交变电流的物理量电感电容对交变电流的影响.docx

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交变电流描述交变电流的物理量电感电容对交变电流的影响

学大教育学科教师辅导教案

组长审核：

学员编号

辅导科目

物理

课时数

2课时

学员姓名

年级

高三

学科老师

授课主题

交变电流、描述交变电流的物理量、电感电容对交变电流的影响

教学目的

1.熟悉交变电流的图像

2.理解描述交变电流的物理量

3.知道用感抗、容抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗、容抗与哪些因素有关．

教学重点

正确理解交变电流，并可以迁移应用

授课日期及时段

2016年1月5日17:

00--19:

00（第次课）

教学内容

一．交流电

1.定义：

大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。

其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。

2.产生：

ABCD是线圈（切割磁感线）

K、L圆环使线圈转动时保持与外电路的连接

E、F电刷

3.中性面：

当线圈转动到与线圈平面垂直的磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫中性面。

甲图乙图：

沿图方向旋转，磁通量由最大变小，根据楞次定律，感应电流方向____________

乙图丙图：

沿图方向旋转，磁通量由0变大，根据楞次定律，感应电流方向_____________

丙图丁图：

沿图方向旋转，磁通量由0变大，根据楞次定律，感应电流方向______________

结论：

线圈每次经过中性面时，电流改变一次方向。

4.交变电流变化规律

（1）

①

一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度

逆时针匀速转动。

（如图b）为计时起点，转过时间t后，计算产生的电动势e的公式。

②当从图位置开始计时：

则：

e=εmcosωt，i＝Imcosωt

ωt是线框在时间t转过的角度；是线框与磁感应强度

B的夹角；此时V、B间夹角为（π/2一ωt）．

③对于单匝矩形线圈来说Em=2Blv=BSω；对于n匝面积为S的线圈来说Em=nBSω。

对于总电阻为R的闭合电路来说Im=

（2）规律

①em是电动机电动势的峰值

②线圈两次通过中性面，故一周里电流改变两次

③中性面的特点：

A.中性面垂直于磁场位置

B.线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大

C.线圈通过中性面时，感应电动势为0

D.线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转过一周线圈两次通过中性面，故一周里电流改变两次。

频率为50Hz的交流电每秒方向改变100次。

（3）交流电图像

练习

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的变化如图，下面说法中正确的是：

（）

A、t1时刻通过线圈的磁通量为零；

B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；

C、t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；

D、每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值为最大。

2.一只矩形线圈匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动穿，过线圈的磁通量随时间变化的图像如图中甲所示，则下列说法中正确的是（）

A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直

B.t=0.01s时刻，Φ的变化率达最大

C.t=0.02s时刻，交流电动势达到最大

D.该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示

3.一长直导线通以正弦交流电i=ImsinωtA，在导线下有一断开的线圈，如图所示，那么，相对于b来说，a的电势最高时是在（）

A.交流电流方向向右，电流最大时

B.交流电流方向向左，电流最大时

C.交流电流方向向左，电流减小到0时

D.交流电流方向向右，电流减小到0时

知识点二：

表征交流电的物理量

一、交流电的最大值：

εm＝BωS当为N匝时εm＝NBωS

（1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s（注意rad是radian的缩写，round/s为每秒转数，单词round是圆，回合）．

（2）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B在同一直线上．

（3）最大值对应图中的t1、t2时刻，每周中出现两次．

二、瞬时值e=εmsinωt，i＝Imsinωt代入时间即可求出．不过写瞬时值时，不要忘记写单位，如εm=220V，ω=100π，则e=220sin100πtV，不可忘记写伏，电流同样如此

三、有效值：

为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．

（1）有效值跟最大值的关系εm=U有效，Im=I有效

（2）伏特表与安培表读数为有效值．

（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．

四、周期与频率：

交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率．单位1/秒为赫兹（Hz）。

练习

1.交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的即时值为＿＿V。

2.通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。

求该交流电的有效值I。

第2题第3题第4题

3.如图所示，（甲）和（乙）所示的电流最大值相等的方波交流电流和正弦交流电流，则这两个电热器的电功率之比Pa∶Pb=______

4.如图表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（）

A．5

A；B．5A；C．3．5

A；D．3．5A

五、最大值、平均值和有效值的应用

（1）正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、即时值和平均值的区别。

以电动势为例：

最大值用Em表示，有效值用E表示，即时值用e表示，平均值用表示。

它们的关系为：

E=Em/，e=Emsinωt。

平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：

。

切记。

特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，有效值是对能的平均结果，平均值是对时间的平均值。

在一个周期内的前半个周期内感应电动势的平均值为最大值的2/π倍，而一个周期内的平均感应电动势为零。

（2）我们求交流电做功时，用有效值，求通过某一电阻电量时一定要用电流的平均值交流电，在不同时间内平均感应电动势，平均电流不同．考虑电容器的耐压值时则要用最大值。

（3）交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：

让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。

①只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的/2倍。

②通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都指有效值。

③生活中用的市电电压为220V，其最大值为220V=311V（有时写为310V），频率为50HZ，所以其电压即时值的表达式为u=311sin314tV。

练习

1.如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度逆时针匀速转动。

若以线圈平面与磁场夹角时（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。

则下列四幅图中正确的是（）

2．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动。

产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是

A．交变电流的周期为0.125

B．交变电流的频率为8Hz

C．交变电流的有效值为

A

D．交变电流的最大值为4A

4．如图所示，矩形线圈边长为ab=20cm，ab=10cm，匝数N=100匝，磁场的磁感强度B=0.01T。

当线圈以50r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动，求：

（1）线圈中交变电动势瞬时值表达式；

（2）从线圈开始转起动，经0.01s时感应电动势的瞬时值。

5．通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。

求该交流电的有效值I。

6．一根电阻丝接入100v的直流电，1min产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦交变电压，2min产生的热量为0.5Q，那么该交变电压的最大值为（）

A、50vB、100vC、50vD、50v

7．交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。

当线圈由图中实线位置匀速转动90º到达虚线位置过程中，求：

⑴通过R的电荷量q为多少？

⑵R上产生电热QR为多少？

⑶外力做的功W为多少？

知识点三：

电感和电容对交流电的作用

一、感抗

1.感抗：

电感器对交流电的阻碍作用的大小。

2.影响感抗的因素：

（1）交流电频率改变，频率减小，灯变_____;频率变大，灯变______（感抗大小与交流电的频率有关，频率越大，感抗越大）

（2）抽去铁芯灯变亮，放上铁芯灯变暗。

匝数越小，灯变亮，匝数越多，灯变暗。

（感抗大小与有无铁芯有关，与匝数多少有关）

3.结论：

线圈的自感系数越大、交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用就越大，也就是说感抗越大。

4.扼流圈：

利用电感对交流的阻碍作用。

（1）低频扼流圈：

有铁芯，匝数大，自感系数大，对频率较低的交流电也有阻碍作用，由于是铜导线，对直流阻碍作用小。

“通直流，阻交流”

（2）高频扼流圈：

无铁芯，匝数小，自感系数为几毫亨。

对高频交流电有较大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用较小，对直流电的阻碍作用更小。

“通低频、通直流、阻高频”

二、容抗

1.定义：

2.影响容抗的大小因素

（1）减小交流电的频率f,灯变暗；增大交流电的频率，灯变亮。

（2）改变电容2002，灯变暗

结论：

电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，也就是说，容抗越小。

练习

1.在交流电路中，下列说法正确的是（）

A．影响电流与电压的关系的，不仅有电阻，还有电感和电容

B．电感对交变电流的阻碍作用，是因为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

C．交变电流能通过电容器，是因为交变电压的最大值大于击穿电压，电容器被击穿了

D．电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗就越大

2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

3.一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

4.如图所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变?

为什么?

1.内阻不计的交流发电机产生电动势E=10sin50πt（V），接有负载电阻R=10Ω,现把发电机的转速提高一倍，则

A．负载两端电压的有效值将变为28.2V

B．交流电的频率将变为100Hz

C．负载消耗的功率将变为20w

D．负载消耗的功率将变为40w

2．正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接，R=10Ω，交流电压表的示数是10V。

图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象。

则（A）

Ａ．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=

cos100πt（A）

Ｂ．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=

cos50πt（V）

Ｃ．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5

cos100πt（V）

Ｄ．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5

cos50πt（V）

3．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。

在t=0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动。

若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是（C）

　A．B．C．D.

4.如图所示，虚线

的左边存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场，右边没有磁场，单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与磁场右边界重合，线圈平面与磁场垂直．线圈沿图示方向绕

轴匀速转动（即ab边先向纸外、cd边先向纸里转动），规定沿abcd方向为感应电流的正方向，若从图示位置开始计时，下列四个图像中能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是（　）

5.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

6.某交流电电压为u=10

sin314t（V），则（）

A．击穿电压为10V的电容器能直接在此电源上

B．把电磁打点计时器接在此电源上，打点周期为0.01s

C．把额定电压为10V的小灯泡直接接在此电源上，小灯泡将被烧坏

D．把额定电压为10V的小灯泡直接接在此电源上，小灯泡能正常发光

7.如图所示为电热毯的电路图，电热丝接在

的电源上，电热毯加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为如图所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数为：

（）

A．110VB．156VC．220VD．311V