本试题 “如图所示为一发电机的示意图,转子是一只边长的正方形线圈,共100匝,将它置于的匀强磁场中,绕着垂直于磁场方向的轴以的角速度匀速转动,转动开始时线圈平面...” 主要考查您对焦耳定律,电热
闭合电路欧姆定律
法拉第电磁感应定律
正弦式交变电流
交变电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值
等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
电热(焦耳定律):
1、定义:电流通过电阻为R的导体时,t时间内导体上产生的热量,即电热
2、公式:Q=I2Rt
3、单位:J,
4、物理意义:电流通过导体时所产生的电热
5、适用条件:任何电路
6、能量转化情况:有多少电能转化为热能
电功、电热的计算方法:
对任何电路,电流做功均为电流产生的热量均为。
在纯电阻电路中,电功全部转化为电热,能量转化示意图表示为:。则有,故在计算电功或电热时,可根据题目中的条件,灵活选用以上公式分析计算。
若电流通过非纯电阻电路(如电动机、电解槽等) 时,能量转化的示意图表示为:
1)在非纯电阻电路中,如含有电动机的电路中电能转化为内能和机械能,即;在含有电解槽的电路中电能转化为内能和化学能,即。在这种情况下,电功只能用计算,电热只能用计算。
(2)含有直流电动机的电路不能简单地理解成它一定是一个非纯电阻电路,要从纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化上加以区分。直流电动机两端加上电压以后,若电动机转动,则有电能转化为机械能,此时的电路为非纯电阻电路,部分电路的欧姆定律不再适用。若电动机不转,则没有电能转化为机械能,此时损失的电能全部转化为内能,这时的电路是纯电阻电路。因此,分析电路问题时,要重视从能量的角度出发,这样会使思路清晰,解题变顺利。
(3)纯电阻电路中,即;非纯电阻电路中,即。
纯电阻电路与非纯电阻电路:
闭合电路欧姆定律:
1、内容:闭合电路的电流强度跟电源的电动势成正比,跟闭合电路总电阻成反比。
2、表达式:I=E/(R+r)。
3、适用范围:纯电阻电路。
4、电路的动态分析:
①分析的顺序:外电路部分电路变化→R总变化→由判断I总的变化→由U=E-I总r判断U的变化→由部分电路欧姆定律分析固定电阻的电流、电压的变化欧→用串、并联规律分析变化电阻的电流、电压电功。
②几个有用的结论
Ⅰ、外电路中任何一个电阻增大(或减少)时外电路的总电阻一定增大(或减少)。
Ⅱ、若开关的通断使串联的用电器增多时,总电阻增大;若开关的通断使并联的支路增多时,总电阻减少。
Ⅲ、动态电路的变化一般遵循“串反并同”的规律;当某一电阻阻值增大时,与该电阻串联的用电器的电压(或电流)减小,与该电阻并联的用电器的电压(或电流)增大。
电源的关系:
电阻的图像与闭合电路的图像:
法拉第电磁感应定律:
导体切割磁感线的两个特例:
的区别与联系及选用原则:
电磁感应中动力学问题的解法:
电磁感应和力学问题的综合,其联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力,因为感应电流与导体运动的加速度有相互制约的关系。
1.分析思路
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。
(2)求回路中的电流。
(3)分析研究导体受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向)。
(4)列动力学方程或平衡方程求解。
2.常见的动态分析这类问题中的导体一般不是做匀变速运动,而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态,故解这类问题时正确进行动态分析确定最终状态是解题的关键。同时也要抓好受力情况和运动情况的动态分析,研究顺序为:导体受力运动产生感应电动势一感应电流一通电导体受安培力一合外力变化一加速度变化一速度变化一周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零.导体达到稳定运动状态。
电磁感应中的动力学临界问题:
(1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度求最大值或最小值的条件。
(2)基本思路:
正弦式交变电流:
1.基本产生方法
将闭合线圈置于匀强磁场,并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动,线圈中将产生按正(余)弦规律变化的交流电。
如图所示表示了线圈ABCD在磁场中逆时针转动一周的情况。前半周(甲→乙→丙)电流沿着DCBA方向流动(由右手定则分别判断ABCD边切割磁感线,而AD、BC边不切割磁感线),后半周(丙→丁→戊)电流方向为ABCD,两种情况交替出现,形成交变电流。
2.正弦式交变电流的其他产生方法
(1)从磁通量角度来看,当时,感应电动势所产生的电流为正弦式交变电流。
①磁场随时间按正弦或余弦规律变化
如图所示,当n匝线圈与磁场成角放置时,设线圈面积为S,线圈中产生的感应电动势为
②面积随时间按正弦或余弦规律变化
这种情况通常是因导体运动引起的。
③面与磁场夹角随时问均匀变化这是上述产生正弦式交变电流的基本方法。
(2)从导体切割的角度来看,当时,可能的原因由可知,可能是中之一随时间变化引起的。
①导体棒运动
如图所示,当导体棒运动的速度满足时,产生的是正弦式交变电流
②有效长度变化如图所示,两条相间绝缘的导轨形状满足,当导体杆MN以速度v匀速沿导轨滑动时,在导轨间导体杆产生的电动势为
③磁场随空间变化
如图甲所示,磁场垂直于xoy平面,大小只在沿x 轴方向按图乙所示规律发生变化。当导体杆以速度v0 沿x轴匀速运动时,杆产生的是正弦式交变电流。
交变电流的物理量:
峰值(最大值) | 概念 | 峰值是指最大的瞬时值,通常用表示 |
获得方法 | 最大值可由图像获得,可由瞬时值表达式i 获得,也可通过关系式来计算 | |
应用环境 | 当考虑某些电学元件(电容器、晶体管等) 的击穿电压(耐压值)时,指的是交变电流的最大值 | |
有效值 | 概念 | 有效值是根据电流的热效应定义的一个等效概念:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果它们在一个周期内产生的热量相等,而这个恒定电流是I、电压是U,我们就把I、U叫做这个交流电的有效值。有效值通常用大写字母I、U、E表示 |
获得方法 | 对于正弦式交变电流有: 对于非正弦式交变电流,可利用有效值的定义来计算其有效值 对纯电阻电路以下各式仍成立 | |
应用环境 | 当计算某时间内的功率、产生的热量、电流做的功等问题时需使用有效值 | |
备注 | ①提到交变电流,在没有特别说明时都是指有效值。 ②交流电气设备上,标出的额定电压、额定电流都是有效值。 ③交流电表显示的示数是有效值。 ④计算电功、电热时需用有效值。 ⑤保险丝的熔断电流是指有效值。 ⑥在半个周期的整数倍时间内有最大值,最大值等于有效值的倍。 ⑦四分之一周期内峰值等于有效值√2倍的条件是计时起点对应的瞬时值为零或峰值。 ⑧小于四分之一周期内有效值不等于峰值的 | |
平均值 | 概念 | 交变电流的电学量对时间的平均,通常用符号表示 |
获得方法 | 对于纯电阻电路: | |
应用环境 | 在计算某段时间内通过导体横截面的电荷量时需用平均值 |
知识拓展:
1.交变电流的平均值和最大值的联系闭合线圈绕垂直于匀强磁场的转动轴匀速转动时,可产生正、余弦交变电流,以电动势为例,二者联系如下表所示:
2. 几种典型电流的有效性:
3. 中性面:
与“如图所示为一发电机的示意图,转子是一只边长的正方形线圈,...”考查相似的试题有: