【知识点详解】
1. **交流电的基本概念**:交变电流,简称交流电,是指电流的大小和方向随着时间周期性变化的电流。在本题目中,涉及到交流电的电压随时间变化的规律,这是交流电的基本特性。
2. **交流电的参数**:
- **频率(f)**:交流电每秒内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz)。可以通过周期(T)计算,公式为 f=1/T。
- **角频率(ω)**:交流电每秒转过的角度,ω=2πf。
- **最大值(Um)**:交流电在一个周期内的最大值,也称为峰值或振幅。
- **有效值(U)**:交流电的平均效果相当于直流电的值,对于纯电阻电路,有效值U=Um/√2。
3. **交流电的瞬时值表达式**:正弦交流电的瞬时值表达式通常为 u=Um sin(ωt+φ),其中φ是初相位。题目中的表达式为 u=100sin50πt (V)。
4. **功率计算**:在纯电阻电路中,电阻消耗的功率P=UI,其中I是电流的有效值,U是电压的有效值。
5. **交流电的周期和频率关系**:周期T和频率f的关系是 T=1/f,一个周期内电流方向改变一次,因此频率越高,电流方向改变的次数越多。
6. **交流电的电热功率**:对于电阻负载,电热功率P=I²R,其中I是电流的有效值,R是电阻值。
7. **有效值与最大值的关系**:对于正弦交流电,有效值是最大值的1/√2倍,即 U=Um/√2。
8. **交流电动势的产生**:当导体在磁场中做切割磁感线的运动时,会产生电动势,这是法拉第电磁感应定律的应用。
9. **中性面**:线圈平面与磁场方向垂直的位置,此时磁通量最大,电动势为零。
10. **磁通量变化率与电动势的关系**:根据法拉第电磁感应定律,磁通量的变化率与感应电动势成正比,即E=-dΦ/dt。
11. **矩形交变电流和正弦式交变电流的有效值**:矩形波交流电的有效值等于峰值,而正弦波交流电的有效值是峰值的1/√2倍。
12. **交流电压表的读数**:电压表测量的是交流电的有效值。
13. **电功率计算的误差分析**:题目中给出了多个与电功率相关的计算,需要注意的是,实际计算中应使用有效值而非峰值进行计算,否则结果会有偏差。
本题涉及的知识点涵盖了交流电的基础概念、参数、表达式、功率计算以及交流电的产生原理等多个方面,这些都是高中物理课程中的核心内容。通过解决此类问题,学生可以深入理解交流电的性质及其在实际应用中的计算方法。