3.2交变电流的描述 2—【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册学案word版含答案

选择性必修二第三章 交变电流 第二节 交变电流的描述第2课时

预习案
【自主学习】
1.哪些情况要用到有效值？写出正弦交变电流的电压、电流最大值与其有效值关系式。
2.试做教材55页练习2
3. 试做教材55页练习3
4. 试做教材55页练习7
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
1、回答右边题中的问题，观察交流电压的频率是否相同？频率的物理意义是什么？
2观察感抗实验，思考：什么叫感抗？与频率有什么关系？当线圈通过恒定电流和交流时，对电流的影响有什么异同？
小结：
3.观察容抗实验，什么叫容抗？与频率有什么关系？当电容器直流和交流的影响有什么区别？
小结
练习1．(多选)关于电感器对交变电流的阻碍作用，下列说法正确的是(　　)
A．电感器对交变电流的阻碍作用的大小用感抗描述
B．线圈的自感系数越大、交变电流的频率越高，线圈对交变电流的阻碍作用就越大
C．低频扼流圈只能阻碍低频交变电流，不能阻碍高频交变电流
D．感抗是由线圈的自感现象引起的
练习2．(多选)如图所示，图甲、乙中用交流电源，图丙、丁中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是(　　)
A.灯L1比灯L2亮 B．灯L3也能发光，但亮度最暗
C.灯L2和L4亮度相同 D．灯L4比灯L1亮
4.当通过电阻的电流变化时，如何求通过电阻的电荷量？
5. 当通过电阻的电流变化时，如何求电阻的热量？
练习3.如图 所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω 匀速转动，外电路电阻为R。当线圈由图示位置转过90° 的过程中，求：（1）通过电阻R 的电荷量q；（2）电阻R 上所产生的热量Q。
【检测】
A 类
1..如图所示，当交流电源的电压为220 V，频率为50 Hz时，三只灯泡L1、L2、L3的亮度相同，若保持交流电源的电压不变，只将其频率变为100 Hz，则(　　)
A．L1、L2、L3的亮度都比原来亮
B．只有L1的亮度比原来亮
C．只有L2的亮度比原来亮
D．L3的亮度不变
2．如图所示是某正弦式交变电流的图像，根据图像求其最大值、周期和角速度，并写出交变电流的瞬时值表达式。
B类
3．图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数n＝100、电阻r＝10 Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，阻值R＝90 Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化。(取π＝3.14)求：
(1)交流发电机产生的电动势的最大值；(2)电路中交流电压表的示数；
(3)从图示位置转过90°，求这个过程中线圈中产生的平均感应电动势、通过线圈的电荷量和整个回路的焦耳热。
4．有一个电子器件，当其两端电压高于100 V时则导通，等于或低于100 V时则不导通，若把这个电子器件接到100 V、50 Hz的正弦式交流电源上，这个电子器件将(　　)
A．不导通 B．每秒钟导通50次
C．每秒钟导通100次 D．每次导通时间为0.005 s
C类
5．(多选)(2019·天津卷)如图甲所示，单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　　乙
A.时刻线框平面与中性面垂直 B．线框的感应电动势有效值为
C．线框转一周外力所做的功为
D．从t＝0到t＝过程中线框的平均感应电动势为
6．(15分)如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨，水平地放置在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，一端接阻值为R的电阻。一个阻值是R0、质量为m的导体棒放置在导轨上，在外力F作用下从t＝0时刻开始运动，其速度随时间的变化规律为v＝vmsinωt。不计导轨电阻，求：
(1)从t＝0到t＝时间内电阻R产生的热量；(2)从t＝0到t＝时间内外力F所做的功。
检测答案
A 类
1. 解析　三个支路电压相同，当交流电源频率变大时，电感器的感抗增大，电容器的容抗减小，电阻所在支路对电流的阻碍作用不变，所以流过L1的电流变大，亮度比原来亮；流过L2的电流变小，亮度比原来暗；流过L3的电流不变，亮度不变，故B、D正确，A、C错误。答案　BD
2．解析　由图像可知，交变电流的周期T＝0.02 s，
角速度ω＝＝100π rad/s，
故其瞬时值表达式为i＝Imsin 100πt，
当t＝0.002 5 s时，i＝1.414 A，
所以Imsin(100π×0.002 5)＝1.414 A，
解得Im＝2 A，所以i＝2sin100πt A。
答案　2 A　0.02 s　100π rad/s　i＝2sin100πt A
B类
3．解析　(1)由Φ?t图像可知Φm＝2.0×10－2 Wb，T＝6.28×10－2 s，因为Φm＝BS，ω＝，所以Em＝＝200 V。
(2)电动势的有效值E＝Em＝100 V，由闭合电路欧姆定律得，电路中电流的有效值为I＝＝ A，交流电压表的示数为U＝IR＝90 V。
(3)平均电动势：100×0.02/0.0157V=127.3V
通过线圈的电荷量q＝n＝0.02 C，根据焦耳定律可得Q＝t＝× J＝3.14 J。
答案　(1)200 V　(2)90 V　(3)0.02 C　3.14 J
4．
解析　“100 V、50 Hz”的正弦式交流电源，其电压的最大值为100 V，当电压的瞬时值为100 V时，由100＝100·sinθ知在正半周有两个解，分别为θ＝45°和θ＝135°，可见交变电流每个周期内将有两次导通，每次导通时间为周期的，选项C、D正确。
答案　CD
C类
5．解析　由Φ?t图像可知，时穿过线框的磁通量最大，则线框位于中性面，A错误；线框中产生的感应电动势的最大值为Em＝NBSω，又ω＝，N＝1，BS＝Φm，则整理得Em＝，因此感应电动势的有效值为E＝＝，B正确；由功能关系可知线框转动一周外力所做的功等于线框中产生的焦耳热，有W＝T＝，C正确；0～的过程中，线框中产生的平均感应电动势为＝＝，D错误。
答案　BC
6．解析　(1)导体棒产生的感应电动势e＝BLv＝BLvmsinωt是正弦式交变电流，其有效值为E＝＝，在Δt＝＝T的时间内，电阻R产生的热量为Q＝I2RT＝2R·＝。
(2)从t＝0到t＝的时间是周期，在这段时间内对导体棒运用能量守恒定律得W外＝mv＋Q′，Q′是这段时间内电阻R和R0产生的热量，则Q′＝·＝，故这段时间内外力F所做的功为W外＝mv＋。
答案　(1)　(2)mv＋
练习1解析　描述电感器对交变电流阻碍作用的大小的物理量是感抗，选项A正确；线圈的自感系数越大、交变电流的频率越高，线圈对交变电流的阻碍作用就越大，选项B正确；因高频交变电流的频率更高，故低频扼流圈对高频交变电流的阻碍作用更大，选项C错误；因通过线圈中的电流时刻变化，故线圈中会产生自感电动势，即感抗的产生是由线圈的自感现象引起的，选项D正确。
答案　ABD
练习1解析　电压表示数相同，说明交流电压的有效值相同，题图甲中电容器与灯L1串联，电容器对电流有阻碍作用；题图乙中电容器与灯L2并联，电压表的示数为灯L2两端的电压；题图丙中电容器与灯L3串联且是直流电源，电容器“隔直流，通交流”，所以没有电流流过灯L3，灯L3不亮；题图丁中电容器与灯L4并联，电压表的示数为灯L4两端的电压。综合以上分析，只有选项C、D正确。
答案　CD
练习3：见选择性必修二67页第6题教参答案。