1　交 变 电 流

第五章 交 变 电 流1交 变 电 流1. 识别电流(或电压)的波形图，解释什么是交变电流，列举出它与直流的区别是什么2. 分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化，能对交变电流的产生有比较清楚的描述，具有运用基本原理解决新情境下问题的能力3. 能熟练应用楞次定律和法拉第电磁感应定律推导正弦交流电的表达式4. 会用数学函数表达式和图象描述交流电5. 识别交变电流的变化规律及表示方法，说明交变电流的峰值、瞬时值的物理含义开心自主预习，轻松搞定基础1. 交流和直流：电流的大小和方向都随时间做_变化的电流称为交变电流；_不随时间变化的电流称为直流电2. 正弦式交变电流的产生：(1)闭合线圈在匀强磁场中绕_磁场的轴匀速转动时，在闭合电路中产生的是正弦式交变电流(2)中性面：垂直磁感线方向的平面称为中性面当线圈位于中性面位置时，穿过线圈的磁通量_，而磁通量的变化率为_；线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次，一个周期内线圈两次经过中性面，故电流方向改变两次当线圈位于垂直中性面位置时，穿过线圈的磁通量为_，而磁通量的变化率_(3)瞬时值：e_(从中性面开始计时)；e_(从垂直中性面开始计时)3. 峰值：交变电流的最大值正弦式交变电流的最大值Em_.重难疑点，一网打尽4. 下列关于交变电流和直流的说法中正确的是()A. 如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B. 直流的大小可以变化，但方向一定不变C. 交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D. 交变电流的最大特征是电流的方向做周期性的变化5. 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流，下列说法中正确的是()A. 线圈每转动一周，电流方向就改变一次B. 线圈平面经过中性面时，线圈内磁通量为零C. 线圈中的磁通量最大时，线圈中的磁通量变化也最大D. 线圈中的磁通量在增加时，感应电动势却在减小6. 矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直磁感线方向的轴匀速转动，当线圈与中性面垂直时，下列说法正确的是()A. 穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B. 穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C. 穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D. 穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零7. 在匀强磁场中的矩形线圈从中性面开始匀速转动，穿过线圈平面的磁通量与时间t的关系图象是图中的()8. 如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，沿着OO观察，线圈沿逆时针方向转动已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为.则当线圈转至图示位置时()A. 线圈中感应电流的方向为abcdaB. 穿过线圈的磁通量为零C. 线圈中的感应电流大小为为 D. 穿过线圈磁通量的变化率为零9如图所示，一边长为l的正方形线圈abcd绕对称轴OO在匀强磁场中转动，转速为n120 转/min，若已知边长l20 cm，匝数N20，磁感应强度B0.2 T，求：(1)转动中的最大电动势及位置；(2)从中性面开始计时的电动势瞬时值表达式；(3)从图示位置转过90过程中的平均电动势10. 如图为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B0.5 T，线圈匝数N50匝，每匝线圈面积为0.48 m2，转速为150 r/min，在匀速转动过程中，从图示位置线圈转过90开始计时(1)写出交变电流感应电动势瞬时值的表达式(2)画出et图线源于教材、宽于教材，举一反三显身手11. 如图所示的电流i随时间t变化的图象中，表示交变电流的是()12. 线圈在匀强磁场中转动时产生交变电流，下列说法中正确的是()A. 当线圈位于中性面时，线圈中的感应电动势最大B. 当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中的感应电动势也为零C. 线圈在磁场中每转过一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变一次D. 每当线圈越过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次13如下图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，磁通量变化率为零14. 如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，沿着OO轴观察，线圈沿逆时针方向转动已知磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动角速度为，则当线圈转至图示位置时()A. 线圈中感应电流的方向为abcdaB. 穿过线圈的磁通量为0，但磁通量的变化率为Bl2C. 线圈中的感应电流为D. 线圈从图示位置起转动时，电动势的瞬时值为nBl215. 如图甲所示，光滑的水平桌面上固定着一根绝缘的长直导线，可以自由移动的矩形导线框abcd靠近长直导线静止放在桌面上当长直导线中的电流按图乙所示的规律变化时(图甲中电流所示的方向为正方向)，则()A. 在t2时刻，线框内没有电流，线框不受力B. t1到t2时间内，线框内电流的方向为abcdaC. t1到t2时间内，线框向右做匀减速直线运动D. t1到t2时间内，线框克服磁场力做功16. 线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e10sin20t (V)，则下列说法中正确的是()A. t0时，线圈平面位于中性面B. t0时，穿过线圈的磁通量最大C. t0时，导线切割磁感线的有效速度最大D. t0.4 s时，e达峰值10 V17. 如图(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45时(如图(b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正则选项中四幅图中正确的是()18. 交流发电机在工作时的电动势eEmsin t.若将线圈匝数、线圈面积都提高到原来的两倍，其他条件不变，则电动势变为().Ae2Emsin tBe4Emsin tCeEmsin t DeEmsin t19. 如图所示是交流发电机原理的示意图，矩形线框在匀强磁场中匀速转动，回答下列问题：(1)线框在匀速转动过程中，它的哪些边在切割磁感线？(2)根据演示观察，何时电动势最大？(3)根据演示观察，何时电动势最小？.20. 发电机的转子是匝数为100、边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B为0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁感线的轴以100 rad/s 的角速度转动，当线圈平面跟磁感线平行时开始计时，线圈与外电路的总电阻为10 ，求：(1)写出交变电流的瞬时表达式；(2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？21. 如图所示，一半径为r10 cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO以n600 r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；(2)求线圈从图示位置经 s时的电动势的瞬时值；(3)求线圈从图示位置经 s时间内的电动势的平均值22. 如图所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B T，线框的CD边长为20 cm，CE、DF边长均为10 cm，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象第五章交 变 电 流1交 变 电 流1. 周期性方向2. 垂直于最大零零最大EmsintEmcost3. NBS4. B、D5. D6. B7. C、D8. B、C9. 提示：(1)当线圈平面转到与磁场平行时(SB)，ab、cd两边均垂直切割磁感线，这时线圈中产生的感应电动势最大EmNBS200.20.2222 V2.0 V.(2)电动势瞬时值表达式为eEmsint2sin 4tV.(3)EN20 V1.28 V.10. (1)由题意知N50，B0.5 T，rad/s5 rad/s.S0.48 m2，eEmsint.EmNBS500.50.485 V188 V.所以e188 sin5t V.(2)T0.4 s，et图线如图所示11. B、C、D12. D13. C提示：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，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次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；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，也可以这样认为，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大14. B、D15. B、D 16. A、B17. D提示：在初始位置ad和bc切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知电流的方向为adcba，是负值，选项A、B错误当转过时刻，线圈处在中性面位置，感应电流为零，则选项C错误，选项D正确18. B提示：由电动势最大值表达式EmNBS，N、S变为原来的两倍，则最大值变为4Em，故B正确19. (1)ab和 cd(2)图(b)、(d)所示时刻(3)图(a)、(c)、(e)所示时刻20. (1)由题知感应电动势的最大值为EmNBS20 (V)Im2 (A)所以瞬时值表达式为i2cos100t (A)(2).qt0.43 C.21. 当线圈从中性面开始计时，产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBSsint.(1)eNBSsint，其中2n210 rad/s20 rad/s.所以eNBSsint1000.12