第十三章 交变电流和电磁波.doc

第一讲 交变电流的产生和图象 一.知识要点 1.正弦交流电的产生和变化规律 (1)交变电流:强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流,方向不变的电流叫直流电。 (2)正弦交流电的产生:将一个平面线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中将产生按正弦规律变化的交流电。 (3)变化规律: ①电动势: a) e=NBωSsinωt b)Em=NBωS ②电流: i=e/R=Imsinωt ③中性面的特点: a) e=0,φ最大,但Δφ/Δt=0 b) 在中性面时电流的方向改变 c) 在一个周期内两次到达中性面 2.正弦交流电的图象:正弦或余弦函数图象 (1)可直接得到的物理量:电流或电压的峰值,周期. (2)可求得任意时刻的瞬时值. (3)可判断出各时刻磁通量的值或其变化率. 3.描述交变电流的物理量 (1)最大值:Em=NBωS (2)有效值:如果让交流和直流分别通过相同的电阻,在同一时间内产生的热量相等,这个直流就称为交流电的有效值. ①正弦交流电有效值和峰值的关系: 、 、 ②交流电表的测量值为有效值,各种电气设备铭牌上标明的数值为有效值,但电容器上标注的是交流电的最大值,保险丝的熔断电流为有效值. ③计算电功和电热时一定要用有效值,计算电量时要用平均值(q=I·t=Δφ/R) (3)角频率ω: ω=2πf ①交流电的频率等于交流发电机电枢转动的频率 ②我国市电交流电的频率为: f=50Hz,角频率ω=100π 二.例题精选 例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，30°时交流电压的瞬时值为＿＿V。 解析：电压表的示数为交流电压的有效值，由此可知最大值为Um=U=20V。而转过30°时刻的瞬时值为u=Umcos30°=17.3V。 I。 解析：该交流周期为T=0.3s，前t1=0.2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有： I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 带入数据计算得：I=3A 例3. 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？ 解析：⑴按照电流的定义I=q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。 ⑵求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。。这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。 ⑶根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热。因此W=Q 。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。 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 A.110V B.156V C.220V D.311V 解析：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220V；后半周期电压为零。根据有效值的定义， ，得U=156V，选B。 1.如图所示,一闭合单匝矩形线圈abcd,在匀强磁场中匀速转动,其它条件均相同,分别以pp′和oo′为轴转动时,线圈中产生正弦交变电流的( ) A.最大值不同 B.有效值不同 C.瞬时值不同 D.以上三者都相同 2.一个电热器接在10V的直流电源上,在t秒内产生的焦耳热为Q,今将该电热器接在一交流电源上,它在2t秒内产生的热量为Q,则这一交流电源的电压的最大值和有效值分别是( ) A.最大值是,有效值是10V B.最大值是10V,有效值是 C.最大值是,有效值是5V D.最大值是20V,有效值是 3.如图所示,A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,A线圈中通以如图所示的交流电i,则( ) A.在t1到t2时间内，A、B两线圈相互吸引 B.在t2到t3时间内，A、B两线圈相互排斥 C.t1时刻两线圈的作用力为零 D.t2时刻两线圈间的吸引力最大 4.如图所示交流电的有效值为( )