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【金版学案】2016-2017学年高中物理选修3-2(人教版)练*:章末复*课5 Word版含解析

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章末复*课 【知识体系】 [ 答 案 填空 ] ⑤sin ωt ?交流 ⑥nBSω ①垂 直于磁 场的轴 ⑦电流的热效应 ⑧ ②最大 Em 2 ⑨ 1 f ③零 ⑩ 1 T ④最大 ?n ΔΦ Δt ?高频 ?直流 n1 ?低频 ? ?I2n2 ?I2r ?Ir n2 主题 1 交流电四值的计算及应用 1.瞬时值:反映不同时刻交变电流的大小和方向,正弦式电流 瞬时值表达式为: e=Emsin ωt, i=Imsin ωt.应当注意必须从中性面开 始.在研究某一时刻或某状态的问题时,要用瞬时值. 2.峰值:交变电流的峰值是它能达到的最大值.线圈在匀强磁 场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的交变电流的电动势,其最大值 Em=nBSω,在考虑电容器的耐压值时,应根据交流电的最大值. ΔΦ 3.*均值:*均值需用 E=n 和 Δt 进行计算,求一段时 . 间内通过导体横截面的电荷量时要用电流的*均值, 4.有效值:正弦式交流电的有效值 I= Im ,其他交变电流的有 2 效值根据有效值的定义计算,求电功、电功率、焦耳热、确定保险丝 的熔断电流,要用电流的有效值;没有特殊说明时,交流电的电流、 电压、电动势指有效值,交流电表的测量值是有效值,交流用电设备 上所标的额定电压、额定电流都是有效值. 【典例 1】 如图所示,N=50 匝的矩形线圈 abcd,ab 边长 l1 =20 cm,ad 边长 l2=25 cm,放在磁感应强度 B=0.4 T 的匀强磁场 中, 外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的 OO′轴以 n=3 000 r/min 的转速匀速转动,线圈电阻 r=1Ω ,外电路电阻 R=9Ω ,t=0 时线圈*面与磁感线*行,ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里.求: (1)t=0 时感应电流的方向; (2)感应电动势的瞬时值表达式; (3)线圈转一圈外力做的功; (4)从图示位置转过 90°的过程中流过电阻 R 的电荷量. 解析:(1)根据右手定则,线圈感应电流方向为 adcba. (2)线圈的角速度 ω=2πn=100 πrad/s, 图示位置的感应电动势最大,其大小为 Em=NBl1l2ω, 代入数据得 Em=314 V, 感应电动势的瞬时值表达式: e=Em cos ωt=314cos 100πt V. Em (3)电动势的有效值 E= , 2 线圈匀速转动的周期 T= 2π =0.02 s, ω 线圈匀速转动一圈,外力做功大小等于电功的大小,即: E2 W=I (R+r)T= ·T, R+r 2 代入数据得 W=98.6 J. (4)从 t=0 起转过 90°过程中,Δ t 内流过 R 的电荷量: NΔ Φ NBΔ S NBl1l2 q= Δ t= = , (R+r)Δt R+r R+r 代入数据得 q=0.1 C. 题后反思 瞬时值、*均值、有效值的应用 (1)研究交变电流某一时刻的电流、电压或某一时刻线圈受到的 安培力时,只能用瞬时值. (2)不仅热量的计算用有效值,与热效应有关的计算,如保险丝 的熔断电流都必须用有效值. 针对训练 1. 将交变电压 e=220 2sin 100πt V 接到“220 V 100 W” 的灯 泡两端,如灯泡灯丝电阻保持不变,求: (1)通过灯泡电流的最大值; (2)灯泡的实际功率; (3)每秒钟电流方向改变的次数; (4)通过灯泡电流 i 的瞬时值表达式. 220 2 解析:(1)交变电压的有效值 U= V=220 V, 2 灯泡的额定电压为 U2=220 V,因此恰好正常发光. U2 由“220 V 100 W”知该灯电阻为 R= =484Ω . P 通过灯泡电流的最大值为: Im= Um 220 2 = A≈0.64 A. R 484 (2)灯泡的实际功率与额定功率相同,P=100 W. (3)周期 T=0.02 s,1 秒钟电流方向改变的次数: 1 t n= ×2= ×2=100 (次). T 0.02 (4)通过灯泡电流的瞬时值表达式为: i=Imsin ωt=0.64sin 100πt A. 主题 2 有关理想变压器的动态分析 分清变量和不变量,弄清 U1、U2,I1、I2,R,n1、n2,P1、P2 等物理量间的制约关系是对理想变压器电路进行动态分析的关键. 理想变压器电路的动态分析有下列两种情况: ?n1? (1)第一种情况是原、副线圈匝数比?n ?不变,分析原、副线圈的 ? 2? 电压 U1、U2,电流 I1、I2,输出和输入功率 P2、P1 随负载电阻变化 而变化. 将变压器接到交流电源上,原线圈的输入电压为 U1,副线圈两 ? n2 ? ? U2? 端电压 U2?U2=n U1?为定值,流过副线圈的电流 I2?I2= R ?随负载电 ? 1 ? ? ? 阻的减小而增大,变压器的输出功率 P2(P2=I2U2)也随着增大,不计 变压器损失的能量,则变压器的输入功率 P1(P1=P2)也增大,流过原 ? P1 ? 线圈的电流 I1?I1=U ?也增大.进行动态分析的顺序是:R→I2→P2→ ? 1? P1→I1.分析可知变压器原线圈的电流 I1 随着副线圈负载电阻的减小 而增大. (2)第二种情况是负载电阻不变,上述各物理量随原、副线圈匝 数比的变化而变化. 一般情况下,我们认为原线圈输入电压 U1 和匝数 n1 不变, 当 ? n2 ? 副线圈匝数 n2 增大时,副线圈两端电压 U2?U2=n U1?增大,流过副 ? 1 ? ? U2? 线圈的电流 I2?I2= R ?增大,变压器输出功率 P2(P2=I2U2)增大,则理 ? ? 想变压器的输入功率 P1 增大,流过原线圈的电流 I1 增大.进行动态 分析的顺序和第一种情况类似.分析可知变压器原线圈的电流 I1 随 着副线圈匝数的增加而增大. 解答有关变压器的动态分析类问题,应弄清以下决定关系: 【典例 2】 图甲中理想变压



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