51 交变电流1 同步练习学案Word版.docx

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51交变电流1同步练习学案Word版

学案1交变电流

【学习目标】

1.会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流和直流的概念.

2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.

3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．

一、交变电流

[问题设计]

1.把图1电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？

图1

2．把图中电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？

答案当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或的闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变．

[要点提炼]

1．方向随时间做变化的电流叫交变电流，简称．

2．不随时间变化的电流称为直流．

、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．

3．对直流电流和交变电流的区分主要是看电流是否变化．

二、交变电流的产生

[问题设计]

图2

假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示．请分析判断：

（1）图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

（2）在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？

（3）当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？

（4）大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负．在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻．

[要点提炼]

1．正弦式交变电流的产生：

将闭合矩形线圈置于磁场中，并绕方向的轴

转动．

2．中性面——线圈平面与磁感线时的位置．

（1）线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ，但线圈中的电流为．

（2）线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变．线圈转动一周，感应电流方向改变次．

三、交变电流的变化规律

[问题设计]

如图3是图2中线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈平面从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：

图3

（1）甲、乙、丙中AB边产生的感应电动势各为多大？

（2）甲、乙、丙中整个线圈中的感应电动势各为多大？

（3）若线圈有N匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？

[要点提炼]

1．正弦式交变电流瞬时值表达式：

（1）当从中性面开始计时：

e＝.

（2）当从与中性面垂直的位置开始计时：

e＝.

2．正弦式交变电流的峰值表达式：

Em＝

与线圈的形状及转动轴的位置．（填“有关”或“无关”）

3．两个特殊位置：

（1）中性面：

线圈平面与磁场．

Φ为，

为，e为，i为.（填“0”或“最大”）

（2）垂直中性面：

线圈平面与磁场．

Φ为，

，e为，i为．（填“0”或“最大”）

4．正弦式交变电流的图象及应用：

（如图4甲、乙所示）

或

图4

从图象中可以解读到以下信息：

（1）交变电流的周期T、峰值Im或者Em.

（2）因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻，也可根据电流或者电压的峰值找出线圈平行磁感线的时刻．

（3）判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率

最大、最小时刻．

（4）分析判断i、e大小和方向随时间的变化规律．

一、交变电流的判断

例1

如图所示，属于交流电的是（）

二、交变电流的产生

例2

矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（）

A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大

B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零

C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次

D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零

三、交变电流的规律

例3

有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图5所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，问：

图5

（1）该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少．

（2）若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式．

（3）线圈从中性面位置开始，转过30°时，感应电动势的瞬时值是多大．

四、交变电流的图象

例4

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图6所示，由图中信息可以判断（）

图6

A．在A和C时刻线圈处于中性面位置

B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零

C．从A～D线圈转过的角度为2π

D．若从O～D历时0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次

1．（交变电流的产生）下列各图中，线圈中能产生交变电流的有（）

2．（交变电流的规律）如图7所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，ad＝bc＝l1，ab＝cd＝l2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则（）

图7

A．以OO′为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωsinωt

B．以O1O1′为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωsinωt

C．以OO′为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωcosωt

D．以OO′为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势e＝Bl1l2ωsin（ωt＋

）

3．（交变电流的图象）一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图8甲所示，则下列说法中正确的是（）

图8

A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直

B．t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大

C．t＝0.02s时刻，交变电动势达到最大

D．该线圈产生的相应交变电动势的图象如图乙所示

4．（交变电流的规律）如图9所示，线圈的面积是0.05m2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B＝

T，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：

图9

（1）若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式．

（2）从中性面开始计时，线圈转过

s时电动势瞬时值多大？

题组一交变电流的产生

1．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时（）

A．线圈平面与磁感线方向平行

B．通过线圈的磁通量达到最大值

C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值

D．线圈中的感应电动势达到最大值

2．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是（）

A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变

B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次

D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次

题组二交变电流的图象

3.处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab边垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合，如图1所示，线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图象是（）

图1

4．如图2所示是磁电式电流表的结构图和磁场分布图，若磁极与圆柱间的磁场都是沿半径方向，且磁场有理想的边界，线圈经过有磁场的位置处磁感应强度大小相等．某同学用此种电流表中的线圈和磁体做成发电机使用，让线圈匀速转动，若从图中水平位置开始计时，取起始电流方向为正方向，表示产生的电流随时间变化关系的下列图象中正确的是（）

图2

5.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形图如图3所示，下列说法中正确的是（）

图3

A．在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

B．在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值

C．在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

D．在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值

6．如图4甲所示为一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．线圈内磁通量随时间t变化如图乙所示，则下列说法中正确的是（）

图4

A．t1时刻线圈中的感应电动势最大

B．t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直

C．t3时刻线圈平面与中性面重合

D．t4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同

7．如图5甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t＝

时刻（）

图5

A．线圈中的电流最大B．穿过线圈的磁通量为零

C．线圈所受的安培力为零D．线圈中的电流为零

题组三交变电流的规律

8．一矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为e＝10

sin（20πt）V，则下列说法正确的是（）

A．t＝0时，线圈位于中性面

B．t＝0时，穿过线圈的磁通量为零

C．t＝0时，线圈切割磁感线的有效速度最大

D．t＝0.4s时，电动势第一次出现最大值

9.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50V，那么该线圈由图6所示位置转过30°，线圈中的感应电动势大小为（）

图6

A．50VB．25

V

C．25VD．10V

10．交流发电机在工作时电动势为e＝Emsinωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将线圈所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为（）

A．e′＝Emsin

B．e′＝2Emsin

C．e′＝Emsin2ωtD．e′＝

sin2ωt

11.如图7所示，匀强磁场的磁感应强度为B＝0.50T，矩形线圈的匝数N＝100匝，边长Lab＝0.20m，Lbc＝0.10m，以3000r/min的转速匀速转动，若从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：

图7

（1）交变电动势的瞬时值表达式；

（2）若线圈总电阻为2Ω，线圈外接电阻为8Ω，写出交变电流的瞬时值表达式．

12．如图8甲所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30cm，ad＝20cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8T，绕轴OO′从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100πrad/s，试求：

甲乙

图8

（1）穿过线圈的磁通量最大值Φm为多大？

线圈转到什么位置时取得此值？

（2）线圈产生的感应电动势最大值Em为多大？

线圈转到什么位置时取得此值？

（3）写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图象．

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