交变电流-教案

交变电流知识网络：课前预习提纲1、交变电流：和都随时间做的交流电叫做交变电流．电压和电流随时间按变化的交流电叫正弦交流电．2、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生．3、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做．线圈平面每经过一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变．4、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是εm，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为．5、交流发电机有两种，即和．其中转动的部分叫，不动的部分叫．发电机转子是由、或其它动力机带动．6、交流电的有效值是根据电流的效应来规定的．正弦交流电的有效值与峰值间的关系是ε＝、U＝、I＝．通常所说的交流电的数值，如果没有特别说明，一般都是指交流电的值．7、我国工农业生产和生活用的交流电．频率是Hz，周期是s，电流方向每分钟改变次．交变电流教学目标：1．掌握交流发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达，2．理解最大值与有效值，周期与频率；3．知道电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗教学重点：交流的基本概念教学难点：交流电路的分析与计算教学过程：一、交变电流的产生1.正弦交流电的产生Em=BSω．则e=Emsinωt由上式知，在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的．根据闭合电路欧姆定律：，令，则i=Imsinωt路端电压u=iR=ImRsinωt，令Um=ImR，则u=Umsinωt如果线圈从平行磁感线位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化e=Emcosωti=Imcosωtu=Umcosωt2．中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面．3．正弦交流电的图象电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示．二、描述交变电流的物理量1、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，.应当注意必须从中性面开始。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，所以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314tV。【例1】有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？2、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例2】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？3、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值可用法拉第电磁感应定律·来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有.计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。【例3】如图所示，求线圈由图示位置转过60°角的过程中，通过线圈某一横截面的电量.4、有效值：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。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：，对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.用电器上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。【例4】如图所示，两平行导轨与水平面间的倾角为，电阻不计，间距L＝0.3m，长度足够长，导轨处于磁感应强度B＝1T，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.导轨两端各接一个阻值为R0＝2Ω电阻，另一横跨在导轨间的金属棒质量m＝1kg，电阻r＝1Ω棒与导轨间的滑动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒以平行于导轨的向上初速度υ0＝10m/s上滑，直至上升到最高点过程中，通过上端电阻电量＝0.1C（g取10m/s2），求上端电阻R0三、感抗和容抗（统称电抗）1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。C1C2【例5】左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么C1、C1C2解：由其表达式XC=1/2πfC【例6】电学元件的正确使用，对电路安全工作起着重要作用。某电解电容器上标有“25V，450μF”字样，下列说法中正确的是A.此电容器在交流、直流电路25V的电压时都能正常工作B.此电容器只有在不超过25V的直流电压下才能正常工作C.当工作电压是直流25V时，电容才是450μFD.若此电容器在交流电压下工作，交流电压的最大值不能超过25V解：电解电容器的极性是固定的，因此只能在直流电压下工作。选B四、综合例析【例7】交流发电机的转子由B平行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°时交流电压的瞬时值为＿＿V。【例8】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。【例9】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90°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？【例10】左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为PuPuV12345Ot/10-2su/V311C.220VD.311V五、针对训练１、矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直磁感线方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法中正确的是（）A、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零2.一矩形线圈绕垂直磁场方向的轴在匀强磁场中转动，产生的交变电动势e=20sin20πtV，由此可以判断（）A．t=0时，线圈平面和磁场垂直B．t=0时，线圈的磁通量为零C．t=0.05s时，线圈切割磁感线的有效速度最小D．t=0.05s时，e第一次出现最大值3.线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生的交变电流如图所示，则（）A．在A和C时刻线圈平面和磁场垂直B．在B和时刻线圈中的磁通量为零C．从A时刻到B时刻线圈转动的角度为πradD．若从O时刻到D时刻经历的时间为0.02s，则该交变电流在1.0s的时间内方向会改变100次4.一个矩形线框的面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n转/秒，则（）A．线框交变电动势的最大值为nπBSB．线框交变电动势的有效值为nπBSC．从开始转动经过1/4周期，线框中的平均感应电动势为2nBSD．感应电动势瞬时值为e=2nπBSsin2nπt5.关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是（）A．任何形式的交变电流的有效值和最大值都有关系U=Um/B．只有正弦式电流才有U=Um/的关系C．照明电压220V、动力电压380V，指的都是交变电流的有效值D．交流电压表和电流表测量的都是交变电流的有效值6.一只氖管的起辉电压为50V，把它接在u=50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为（）A．0.02sB．0.01sC．0.015sD．0.005s7.对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）A．a、b端接稳恒直流电，灯泡发亮B．a、b端接交变电流，灯泡发亮C．a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大D．a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容减小时，灯泡亮度增大8.对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）A．双刀双掷开关S接上部时，灯泡亮度较大B．双刀双掷开关S接下部时，灯泡亮度较大C．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变大D．双刀双掷开关S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出，在抽出的过程中，灯泡亮度变小9.在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，1、2和3灯的亮度变化情况是（）A．1、2两灯均变亮，3灯变暗B．1灯变亮，2、3两灯均变暗C．1、2灯均变暗，3灯亮度不变D．1等变暗，2灯变亮，3灯亮度不变10.在电工和电子技术中使用的扼流圈有两种：低频扼流圈和高频扼流圈。它们的区别在于（）A．低频扼流圈的自感系数较大B．高频扼流圈的自感系数较大C．低频扼流圈的能有效地阻碍低频交变电流，但不能阻碍高频交变电流D．高频扼流圈的能有效地阻碍高频交变电流，但不能阻碍低频交变电流11.关于电容器通过交变电流的理解，正确的是（）A．有自由电荷通过电容器中的电介质B．电容不断的充、放电，与之相连的导线中必须有自由电荷移动，这样就形成了电流C．交变电压相同时，电容越大，电流越大D．交变电压相同时，频率越高，电流越大12.对于图所示的电路，下列说法正确的是（）A．a、b两端接稳恒直流，灯泡将不发光B．a、b两端接交变电流，灯泡将不发光C．a、b两端由稳恒的直流电压换成有效值相同的交变电压，灯泡亮度相同D．a、b两端由稳恒的直流电压换成有效值相同的交变电压，灯泡亮度将会减弱13.在电子技术中，从前一级装置输出的既有直流成分（工作电流），又有交流成分（信号电流）。如果我们希望输送到后一级装置的只有直流成分，电容器应该和后一级装置；如果我们希望输送到后一级装置的只有交流成分，电容器应该和后一级装置（两空均填“串联”或“并联”）。14.将u=110sin100πtV的交变电压接到“220V，100W”的灯泡两端，设灯丝的电阻不随温度变化，试求：（1）流过灯泡电流的最大值；（2）灯泡发挥的实际功率。15.一闭合线圈在匀强磁场中做匀角速转动，线圈转速为240rad/min，当线圈平