第五章 交变电流 章末总结 同步练习学案Word版.docx
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第五章交变电流章末总结同步练习学案Word版
学案14章末总结
一、交变电流“四值”的计算和应用
1.最大值:
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值Em=nBSω,在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值.
2.有效值:
正弦式交流电的有效值I=
,其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计算,求电功、电功率,确定保险丝的熔断电流,要用到有效值;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、额定电流是有效值.
3.瞬时值:
当线圈平面处于中性面时开始计时,瞬时电动势的表达式为e=Emsinωt.瞬时值对应某一时刻的电压、电流值.
4.平均值:
平均值需用
=n
和
=
进行计算,求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值.
q=
·Δt=n
.
例1
如图1所示,交流发电机的矩形线圈abcd中,ab=cd=50cm,bc=ad=30cm,匝数n=100匝,线圈电阻r=0.2Ω,外电阻R=4.8Ω.线圈在磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO′匀速转动,角速度ω=100πrad/s.
图1
(1)求产生感应电动势的最大值.
(2)若从图示位置开始计时,写出感应电流随时间变化的函数表达式.
(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少?
(4)此发电机的功率为多少?
(5)从图示位置起,转过90°过程中,平均电动势为多少?
通过线圈截面的电荷量为多少?
二、交变电流图象的应用
交流电的图象反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征,对正弦式交流电来说,我们可以从图象中获取如下信息:
1.交流电的周期(T)
一个完整的正弦波对应的时间段,知道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω=
.
2.交流电的最大值(Em、Im)
图象上的峰值,知道了最大值,便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值.
3.任意时刻交流电的瞬时值
图象上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值.
例2
如图2所示是某正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的()
图2
A.周期是0.01sB.最大值是311V
C.有效值是220VD.表达式为u=220sinπt(V)
三、变压器电路的动态问题分析
处理此类问题的关键是分清变量和不变量,弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系,大致有两种情况:
(1)负载电阻、原线圈电压不变,副线圈的电压、原、副线圈的电流、功率随匝数变化而变化.
(2)匝数比、原线圈电压不变,原、副线圈的电流、功率随负载电阻的变化而变化.
动态分析该类问题的思路可表示为:
例3
用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,如图3所示.开始时开关S是断开的.现将开关S闭合,则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是()
图3
A.V1、V2的示数不变,A1的示数增大,A2的示数减小,P入增大
B.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数增大,P入增大
C.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数减小,P入减小
D.V1的示数不变,V2的示数增大,A1的示数减小,A2的示数增大,P入减小
四、远距离输电线路的分析与计算
解决远距离输电问题要注意以下两点:
1.首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等,在图中标出相应物理量符号,利用输电电流I=
,输电线上损失电压U损=IR线,输电线损失功率P损=I2R线=
2R线及其相关知识解答.
2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系,特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路,在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系.
例4
发电机输出功率为40kW,输出电压400V,用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶5的变压器升压后向远处供电,输电线的总电阻为5Ω,到达用户后再用变压器降为220V,求:
(1)输电线上损失的电功率是多少?
(2)降压变压器的变压比是多少?
1.(变压器电路的动态分析问题)如图4所示,是通过街头变压器降压给用户供电的示意图.输入电压是市区电网的电压,负载变化时输入电压不会有大的波动.输出电压通过输电线输送给用户,每条输电线总电阻用R0表示.当负载增加时,则()
图4
A.电压表
的示数减小B.电流表
的示数减小
C.电流表
的示数减小D.电压表
、
的示数之差增大
2.(交变电流“四值”的应用和计算)如图5所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈电阻r=1Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,角速度ω=2πrad/s,外电路电阻R=4Ω,求:
图5
(1)转动过程中感应电动势的最大值;
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势;
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势;
(4)交流电压表的示数;
(5)线圈转动一周外力所做的功;
(6)从图示位置起,
周期内通过R的电荷量为多少?
3.(远距离输电线路的分析与计算)图6为远距离输电示意图,发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变,且n1∶n2=n4∶n3.当用户消耗的功率增大时,下列表述正确的是()
图6
A.用户的总电阻增大B.用户的电压U4增大
C.U1∶U2=U4∶U3D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率
学案4楞次定律
1.楞次定律:
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
2.右手定则:
伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线垂直从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向.
3.下列说法正确的是()
A.感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反
B.感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反
C.楞次定律只能判定闭合回路中感应电流的方向
D.楞次定律可以判定不闭合的回路中感应电动势的方向
4.如图1所示,一线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,释放后让它在匀强磁场中运动,已知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ时(位置Ⅱ正好是细杆竖直位置),线圈内的感应电流方向(顺着磁场方向看去)是()
图1
A.Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ位置均是顺时针方向
B.Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ位置均是逆时针方向
C.Ⅰ位置是顺时针方向,Ⅱ位置为零,Ⅲ位置是逆时针方向
D.Ⅰ位置是逆时针方向,Ⅱ位置为零,Ⅲ位置是顺时针方向
5.如图2所示,当导体棒MN在外力作用下沿导轨向右运动时,流过R的电流方向是()
图2
A.由A→BB.由B→A
C.无感应电流D.无法确定
【概念规律练】
知识点一楞次定律的基本理解
1.如图3所示为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,在磁极绕转轴匀速转动过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧
运动(O是线圈中心),则()
图3
A.从X到O,电流由E经G流向F,先增大再减小
B.从X到O,电流由F经G流向E,先减小再增大
C.从O到Y,电流由F经G流向E,先减小再增大
D.从O到Y,电流由E经G流向F,先增大再减小
2.如图4所示,一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内,磁铁中心与圆心重合,为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流,磁铁的运动方式应是()
图4
A.N极向纸内,S极向纸外,使磁铁绕O点转动
B.N极向纸外,S极向纸内,使磁铁绕O点转动
C.磁铁在线圈平面内顺时针转动
D.磁铁在线圈平面内逆时针转动
知识点二右手定则
3.如图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,导体ab上的感应电流方向为a→b的是()
4.如图5所示,导线框abcd与通电直导线在同一平面内,直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点,当线框向右运动的瞬间,则()
图5
A.线框中有感应电流,且按顺时针方向
B.线框中有感应电流,且按逆时针方向
C.线框中有感应电流,但方向难以判断
D.由于穿过线框的磁通量为零,所以线框中没有感应电流
【方法技巧练】
一、增反减同法
5.某磁场磁感线如图6所示,有一铜线圈自图示A处落至B处,在下落过程中,自上向下看,线圈中的感应电流方向是()
错误!
未找到引用源。
图6
A.始终顺时针B.始终逆时针
C.先顺时针再逆时针D.先逆时针再顺时针
6.电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图7所示,现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是()
图7
A.从a到b,上极板带正电B.从a到b,下极板带正电
C.从b到a,上极板带正电D.从b到a,下极板带正电
二、来拒去留法
7.如图8所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是()
图8
A.向右摆动B.向左摆动
C.静止D.无法判定
8.如图9所示,蹄形磁铁的两极间,放置一个线圈abcd,磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动,磁铁如图示方向转动时,线圈的运动情况是()
图9
A.俯视,线圈顺时针转动,转速与磁铁相同
B.俯视,线圈逆时针转动,转速与磁铁相同
C.线圈与磁铁转动方向相同,但转速小于磁铁转速
D.线圈静止不动
三、增缩减扩法
9.如图10所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置于导轨上,形成一个闭合回路,一条形磁铁从高处下落接近回路时()
图10
A.P、Q将相互靠拢B.P、Q将相互远离
C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g
10.如图11(a)所示,两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合,放在同一水平面内,线圈A中通以如图11(b)所示的交变电流,t=0时电流方向为顺时针(如图箭头所示),在t1~t2时间段内,对于线圈B,下列说法中正确的是()
图11
A.线圈B内有顺时针方向的电流,线圈有扩张的趋势
B.线圈B内有顺时针方向的电流,线圈有收缩的趋势
C.线圈B内有逆时针方向的电流,线圈有扩张的趋势
D.线圈B内有逆时针方向的电流,线圈有收缩的趋势
1.关于决定感应电流方向的因素以下说法中正确的是()
A.回路所包围的引起感应电流的磁场的方向
B.回路外磁场的方向
C.回路所包围的磁通量的大小
D.回路所包围的磁通量的变化情况
2.如图12所示,螺线管CD的导线绕法不明,当磁铁AB插入螺线管时,闭合电路中有图示方向的感应电流产生,下列关于螺线管磁场极性的判断,正确的是()
图12
A.C端一定是N极
B.B.D端一定是N极
C.C端的极性一定与磁铁B端的极性相同
D.因螺线管的绕法不明,故无法判断极性
3.如图13所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管截面平行.当电键S接通瞬间,两铜环的运动情况是()
图13
A.同时向两侧推开
B.同时向螺线管靠拢
C.一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断
D.同时被推开或同时向螺线管靠拢,因电源正负极未知,无法具体判断
4.如图14所示,金属环所在区域存在着匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.当磁感应强度逐渐增大时,内、外金属环中感应电流的方向为()
图14
A.外环顺时针、内环逆时针B.外环逆时针,内环顺时针
C.内、外环均为逆时针D.内、外环均为顺时针
5.如图15所示,A是用毛皮摩擦过的橡胶圆形环,由于它的转动,使得金属环B中产生了如图所示方向的感应电流,则A环的转动情况为()
图15
A.顺时针匀速转动B.逆时针加速转动
C.逆时针减速转动D.顺时针减速转动
6.信用卡的磁条中有一个个连续的相反极性的磁化区,如图16,刷卡时,当磁条以某一速度拉过信用卡阅读器的检测头时,在检测头的线圈中产生感应电流,那么下列说法正确的是()
图16
A.A、B、C三位置经过检测头时,线圈中有感应电流产生
B.A、B、C三位置经过检测头时,线圈中无感应电流产生
C.A、C两位置经过检测头时,线圈中感应电流方向相同
D.A、C两位置经过检测头时,线圈中感应电流方向相反
7.如图17所示,MN,PQ为同一水平面的两平行导轨,导轨间有垂直于导轨平面的磁场,导体ab,cd与导轨有良好的接触并能滑动,当ab沿轨道向右滑动时,则()
图17
A.cd向右滑B.cd不动
C.cd向左滑D.无法确定
8.如图18所示,匀强磁场与圆形导体环平面垂直,导体ef与环接触良好,当ef向右匀速运动时()
图18
A.圆环中磁通量不变,环上无感应电流产生
B.整个环中有顺时针方向的电流
C.整个环中有逆时针方向的电流
D.环的右侧有逆时针方向的电流,环的左侧有顺时针方向的电流
9.2000年底,我国宣布已研制成功一辆高温超导磁悬浮高速列车的模型车,该车的车速已达到500km·h-1,可载5人,如图19所示就是磁悬浮的原理图,图中A是圆柱形磁铁,B是用高温超导材料制成的超导线圈.将超导线圈B水平放在磁铁A上,它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁A上方的空中.以下说法正确的是()
图19
A.在B放入磁场的过程中,B中将产生感应电流.当稳定后,感应电流消失
B.在B放入磁场的过程中,B中将产生感应电流.当稳定后,感应电流仍存在
C.如A的N极朝上,B中感应电流的方向如图中所示
D.如A的N极朝上,B中感应电流的方向与图中所示的相反
10.圆形导体环用一根轻质细杆悬挂在O点,导体环可以在竖直平面里来回摆动,空气阻力和摩擦力均可不计.在图20所示的正方形区域里,有匀强磁场垂直于圆环的振动面指向纸内.下列说法中正确的有()
图20
A.此摆振动的开始阶段机械能不守恒
B.导体环进入磁场和离开磁场时,环中电流的方向肯定相反
C.导体环通过最低点时,环中感应电流最大
D.最后此摆在匀强磁场中振动时,机械能守恒
11.在“研究电磁感应现象”的实验中,首先按图21甲接线,以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系;当闭合开关S时,观察到电流表指针向左偏,不通电时电流表指针停在正中央.然后按图21乙所示,将电流表与副线圈B连成一个闭合回路,将原线圈A、电池、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路.
(1)S闭合后,将螺线管A(原线圈)插入螺线管B(副线圈)的过程中,电流表的指针将如何偏转?
(2)线圈A放在B中不动时,指针如何偏转?
(3)线圈A放在B中不动,将滑动变阻器的滑片P向左滑动时,电流表指针将如何偏转?
(4)线圈A放在B中不动,突然断开S,电流表指针将如何偏转?
图21
12.如图22是环保型手电筒的外形.环保型手电筒不需要任何化学电池作为电源,不会造成由废电池引起的环境污染.使用时只要将它摇动一分钟,手电筒便可持续照明好几分钟.手电筒内部有一永久磁铁,外层有一线圈,那么这种手电筒的原理是什么?
图22
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