学年高中物理 第二章 交变电流 1 交变电流学案 教科版选修32Word文件下载.docx

1、选项D中e的方向未变化，故是直流.答案ABC判断电流是交变电流还是直流应看方向是否变化，只有方向发生周期性变化的电流才是交流电.二、正弦式交变电流的产生1.产生：如图1所示，在匀强磁场中的线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生交变电流.图12.两个特殊位置：（1）中性面（SB位置，如图1中的甲、丙）线圈平面与磁场垂直的位置，此时最大，为0，e为0，i为0.（填“最大”或“0”）线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次.（2）垂直中性面位置（SB位置，如图1中的乙、丁）此时为0，最大，e最大，i最大.（填“最大”或“0”）如果将图1中的线圈ABCD换为三角形，轴OO也不在中

2、心位置，其他条件不变，还能产生交变电流吗？答案能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特定要求.例2如图中哪些情况线圈中产生了交变电流（）解析由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求.故选项B、C、D正确.答案BCD例3关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法是（）A线圈每转动一周，感应电流方向改变一次B线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次C线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次D线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次解析感应电动势和感应电流的方向

3、，每经过中性面时改变一次，每个周期内方向改变两次，故选D.答案D三、正弦式交变电流的描述1.交变电流的瞬时值表达式推导线圈平面从中性面开始转动，如图2所示，则经过时间t：图2（1）线圈转过的角度为t.（2）ab边的线速度跟磁感线方向的夹角t.（3）ab边转动的线速度大小：v.（4）ab边产生的感应电动势（设线圈面积为S）eabBLabvsinsin t.（5）整个线圈产生的感应电动势：e2eabBSsin_t，若线圈为n匝，则enBSsin_t.由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流.2.对瞬时值表达

4、式的理解写瞬时值表达式时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直（BS）位置计时.（1）从中性面计时：eEmsin_t.（2）从与中性面垂直位置计时：eEmcos_t.3.正弦式交变电流的峰值（1）转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直.当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足EmnBS.（2）决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.如图3所示的几种情况中，如果n、B、S均相同，则感应电动势的峰值均为EmnBS.图34.正弦式交变电流的图像如图4所示，从图像中可以解读到以下信息：图4（1）交变电流的峰值Em、Im和周期

5、T.（2）两个特殊值对应的位置：e0（或i0）时：线圈位于中性面上；e最大（或i最大）时：线圈平行于磁感线.e0（或i0）时：0，最大；0，最大.（3）分析判断e、i的大小和方向随时间的变化规律.（1）若从垂直中性面的位置（或BS位置）开始计时，电动势的表达式还是按正弦规律变化吗？（2）为什么线圈转到中性面时磁通量最大而感应电动势和感应电流为零？答案（1）不是，按余弦规律变化.（2）因为线圈转到中性面时，虽然通过线圈的磁通量最大，但线圈各边速度的方向都与磁感线平行，不切割磁感线，磁通量的变化率为零，故感应电动势和感应电流为零.例4如图5所示，匀强磁场的磁感应强度B0.1 T，所用矩形线圈的匝数

6、n100，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s绕OO轴匀速转动.试求：图5（1）感应电动势的峰值；（2）若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，线圈中瞬时感应电动势的表达式；（3）若从线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t时刻的感应电动势大小.解析（1）由题可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2，感应电动势的峰值EmnBS1000.1100 V100 V314 V.（2）若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值eEmsint所以e314sin （100t） V.（3）若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmcost，代

7、入数据得e314cos （100t） V当t时，e314cos V157 V.答案（1）314 V（2）e314sin （100t） V（3）157 V写瞬时值时必须明确是从中性面开始计时，还是从与中性面垂直的位置开始计时.（1）从中性面开始计时，eEmsint；（2）从与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost.例5线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图6所示，由图可知（）图6A.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时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度D.在A和C时刻磁通量变化率的绝对值最大解析当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电

8、动势为零，感应电流为零，B、D两时刻线圈位于中性面位置.当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，A、C时刻线圈平面与磁感线平行，D正确.从A时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度.故选D.根据图像找出线圈位于中性面位置时对应的时刻，然后根据中性面的性质进行判断.1.（交变电流的产生及规律） （多选）如图7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以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0这段时间内（）图7A.线圈中的感应电流一直在减小B.线圈中的感应电流先增大后减小C.穿过线圈的磁通量一直在减小D.穿过线圈的磁通量的

9、变化率一直在减小答案AD解析题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为，在0时间内线圈转过四分之一个周期，感应电流从最大减小为零，穿过线圈的磁通量逐渐增大，穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小.2.（正弦式交变电流的图像）一个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像如图8甲所示，则下列说法中正确的是（）图8A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻，的变化率最大C.t0.02 s时刻，感应电动势达到最大D.该线圈产生的相应感应电动势的图像如图乙所示答案B解析由题图甲可知t0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面，t0.01 s时刻，磁通

10、量为零，但变化率最大，所以A项错误，B项正确.t0.02 s时，感应电动势应为零，C、D项均错误.3.（交变电流的规律）交流发电机工作时电动势为eEmsint，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为（）A.eEmsinB.e2EmsinC.eEmsin 2tD.esin 2t答案C解析感应电动势的瞬时值表达式eEmsint，而EmnBS，当加倍而S减半时，Em不变，故正确答案为C.4.（正弦式交变电流的描述）有一10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图9所示，垂直于线框平面向里的匀强磁

11、场的磁感应强度为0.5 T.求：图9（1）该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少；（2）线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大.答案（1）6.28 V6.28 A（2）5.44 V解析（1）交变电流电动势最大值为EmnBS100.50.2210 V6.28 V，电流最大值为ImA6.28 A.时，感应电动势eEmsin 605.44 V.题组一交变电流的特点、产生及规律1.如图所示，属于交流电的是（）解析方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征.A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们是直流电.C选项中电流的大小和方向都随

12、时间做周期性变化，故选C.2.如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是（）A.线圈每转动一周，指针左右摆动两次B.图示位置为中性面，线圈中无感应电流C.图示位置ab边的感应电流方向为abD.线圈平面与磁场方向平行时，磁通量的变化率为零解析线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次经过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为ab，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B、D错误.3.如图2所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时（）A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是abcdaD.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力答案A解析线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故选项A正确，选项B、D错误；图