2018版高中物理 第3章 交變電流章末整合提升學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第3章 交變電流 一、交變電流的四值及應(yīng)用 　交變電流的“四值”指的是峰值、有效值、平均值、瞬時(shí)值． 1．峰值：Em＝nBSω.在考慮電容器的耐壓值時(shí)應(yīng)根據(jù)交流電的最大值． 2．有效值：正弦式交流電的有效值E＝、I＝；非正弦式交流電的有效值應(yīng)根據(jù)有效值的定義計(jì)算．求電功、電功率，確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流，交流電表的測(cè)量值，交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓、額定電流以及不做特殊說(shuō)明時(shí)的交流電的電壓、電流均指有效值． 3．瞬時(shí)值：從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，有e＝Emsinωt. 4．平均值：＝n，＝.求一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)要用平均值，q＝Δt＝n. 例1　將交變電壓u＝220sin (100πt) V接到“220V，100W”的燈泡兩端，若燈泡燈絲電阻保持不變，求： (1)通過(guò)燈泡電流的最大值； (2)燈泡的實(shí)際功率； (3)每秒鐘電流方向改變的次數(shù)； (4)通過(guò)燈泡電流i的瞬時(shí)值表達(dá)式． 答案　(1)0.64A　(2)100W　(3)100次 (4)i＝0.64sin (100πt) A 解析　(1)交變電壓的有效值U＝V＝220V，燈泡的額定電壓為UL＝220V，因此恰好正常發(fā)光．由“220V,100W”知該燈泡的電阻為RL＝＝484Ω.通過(guò)燈泡電流的最大值為Im＝＝A≈0.64A. (2)燈泡的實(shí)際功率與額定功率相同，P＝100W. (3)周期T＝0.02s,1秒鐘電流方向改變的次數(shù) n＝2＝2＝100(次)． (4)通過(guò)燈泡電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為 i＝Imsinωt＝0.64sin (100πt) A. 針對(duì)訓(xùn)練1　如圖1所示，矩形線圈的匝數(shù)為n，線圈面積為S，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R，在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中(不計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)中的一切摩擦)，求： 圖1 (1)通過(guò)電阻R的電荷量q； (2)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q； (3)驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的外力所做的功W. 答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)在此過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁通量變化量ΔΦ＝BS，時(shí)間Δt＝＝，平均電動(dòng)勢(shì)為＝n＝nBωS，平均電流為＝＝，通過(guò)R的電荷量q＝Δt＝. (2)在該過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱的，Q＝I2RT＝2R＝. (3)由于線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以外力做的功全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能，W＝I2(R＋r)Δt＝. 針對(duì)訓(xùn)練2　如圖2所示，線圈abcd的面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻為1Ω，外接電阻R＝9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝T，當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求： 圖2 (1)電路中交流電壓表和交流電流表的示數(shù)； (2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量． 答案　(1)V　A　(2)C 解析　(1)Em＝NBSω ＝1000.052πV＝50V E＝＝25V. 電流表示數(shù)I＝＝A， 電壓表示數(shù)U＝IR＝9V＝V. (2)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90的過(guò)程中，＝N， 又因?yàn)椋?，q＝Δt， 聯(lián)立得q＝＝＝C. 二、電容器、電感器的應(yīng)用 1．電容器的應(yīng)用 (1)隔直電容器 圖3 圖3(a)中的C1串聯(lián)在電路中，它的作用是“通交流、隔直流”，為了使交流成分都能順利地通過(guò)，容抗必須較小，應(yīng)選用電容較大的電容器． (2)高頻旁路電容器 圖(b)中的C2并聯(lián)在電路中，如果輸入端輸入的電流中包含有高頻和低頻兩種交流成分，該電容器的作用是“通高頻、阻低頻”，即對(duì)高頻電流起旁路作用，而讓需要的低頻信號(hào)輸入到下一級(jí)，一般取電容較小的電容器；如果輸入的電流是直流和交流兩種成分，該電容器的作用是濾去交流成分，把直流成分輸入到下一級(jí)，這時(shí)要選用電容較大的電容器． 另外，選用電容器還須注意它的耐壓值，以防被擊穿． 2．電感器的應(yīng)用 (1)低頻扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用． (2)高頻扼流圈：可起到“通直流、通低頻、阻高頻”的作用． 3．電感和電容的組合應(yīng)用 根據(jù)電感、電容對(duì)交變電流阻礙作用的特點(diǎn)，可以將兩者組合到一起來(lái)完成一定的任務(wù)． (1)如果將電容與負(fù)載并聯(lián)，然后與電感串聯(lián)，就能更好的起到濾掉電流中交流成分或高頻成分的作用，如圖4所示． (2)如果將電感與負(fù)載并聯(lián)，然后與電容串聯(lián)，就能更好的起到濾掉電流中直流成分和低頻成分的作用，如圖5所示． 圖4　　　　　　　圖5 例2　如圖6所示，完全相同的三只燈泡的a、b、c分別與電阻R、電感L、電容器C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到220 V、50 Hz的交流電路上，三只燈泡的亮度恰好相同．若保持交變電壓的有效值不變，將交變電流的頻率增大到60 Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) 圖6 A．三燈亮度不變 B．三燈均變亮 C．a(chǎn)亮度不變、b變亮、c變暗 D．a(chǎn)亮度不變、b變暗、c變亮 答案　D 解析　當(dāng)交變電流的頻率增大時(shí)，電感器的感抗變大，電容器的容抗變小，因此b變暗，c變亮，又電阻的大小與交變電流的頻率無(wú)關(guān)，故a燈亮度不變，所以選D. 針對(duì)訓(xùn)練3　如圖7所示，AO輸入的信號(hào)既有直流成分也有交流成分． 圖7 (1)現(xiàn)要求信號(hào)到達(dá)BO端沒(méi)有直流成分，需要在AB端接入一個(gè)什么元件？該元件的作用是什么？ (2)若要求信號(hào)到達(dá)BO端只有直流電 壓，而沒(méi)有交流電壓，則應(yīng)在AB端接入一個(gè)什么元件？該元件的作用是什么？ 答案　(1)電容器　隔直流、通交流 (2)電感線圈　阻交流、通直流 解析　(1)因?yàn)锽O端不需要直流，只需要交流，故根據(jù)電容有“通交流、隔直流”的作用，應(yīng)在AB端接入一個(gè)電容器C. (2)因?yàn)锽O端不需要交流，只需要直流，故根據(jù)電感有“通直流、阻交流”的作用，應(yīng)在AB端接入一個(gè)電感線圈L.