高中物理 第五章 交变电流 第1节 交变电流课件 新人教版选修

第五章交变电流 第1讲交变电流 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 对交变电流的认识 1 把图1所示电路接在干电池的两端时 可以观察到什么现象 当接在干电池两端时 只有一个发光二极管会亮 答案 图1 2 把图1中电路接在手摇式发电机两端时 又会观察到怎样的现象 并解释看到的现象 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 答案 1 交变电流 大小和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 注意 对直流电流和交变电流的区分主要是看 3 正弦式交变电流 按规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 简称 交流 方向 电流方向是否变化 正弦 正弦式电流 周期性 判断下列说法的正误 1 交变电流的大小一定随时间变化 2 大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电 3 交变电流的大小可以不变 但方向一定随时间周期性变化 二 交变电流的产生 假定线圈绕OO 轴沿逆时针方向匀速转动 如图2甲至丁所示 请分析判断并填空 图2 填 A B C D 或 B A D C 2 在甲 乙 丙 丁四个位置中 线圈转到或位置时线圈中的电流最小 为零 线圈转到或位置时线圈中电流最大 B A D C B A D C A B C D A B C D 甲 丙 乙 丁 图2 1 正弦式交变电流的产生条件 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 但线圈中的电流为 2 线圈每次经过中性面时 线圈中感应电流的方向都要改变 线圈转动一周 感应电流的方向改变次 匀强 匀速 垂直 垂直磁场 最大 零 两 判断下列说法的正误 1 只要线圈在磁场中转动 就可以产生交变电流 2 线圈在通过中性面时磁通量最大 电流也最大 3 线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大 但磁通量为零 4 线圈在通过中性面时电流的方向发生改变 1 正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式 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 正弦式交变电流电动势的峰值表达式 1 Em 2 峰值与线圈的形状 与转动轴的位置 填 有关 或 无关 Emsin t Emcos t 三 交变电流的变化规律 nBS 无关 无关 有一个正方形线圈的匝数为10匝 边长为20cm 线圈总电阻为1 线圈绕OO 轴以10 rad s的角速度匀速转动 如图3所示 匀强磁场的磁感应强度为0 5T 该线圈产生的交变电流电动势的峰值为 电流的峰值为 若从中性面位置开始计时 感应电动势的瞬时值表达式为 图3 答案 解析 6 28V 6 28A e 6 28sin10 tV 电动势的峰值为Em nBS 10 0 5 0 22 10 V 6 28V电流的峰值为Im 6 28A感应电动势的瞬时值表达式为e Emsin t 6 28sin10 tV 2 题型探究 例1 多选 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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的方向就改变一次D 线框经过中性面时 各边切割磁感线的速度为零 一 交变电流的产生 答案 解析 线框位于中性面时 线框平面与磁感线垂直 穿过线框的磁通量最大 但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行 即不切割磁感线 所以感应电动势等于零 此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零 感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化 线框垂直于中性面时 穿过线框的磁通量为零 但切割磁感线的两边都垂直切割 有效切割速度最大 所以感应电动势最大 也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大 故C D选项正确 搞清两个特殊位置的特点 二 交变电流的变化规律1 峰值表达式2 正弦交变电流的瞬时值表达式 1 从中性面位置开始计时e Emsin t i Imsin t U Umsin t 2 从与中性面垂直的位置开始计时e Emcos t i Imcos t U Umcos t 例2一矩形线圈 面积是0 05m2 共100匝 线圈电阻r 2 外接电阻R 8 线圈在磁感应强度B T的匀强磁场中以 10 rad s的角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动 如图4所示 若从中性面开始计时 求 1 线圈中感应电动势的瞬时值表达式 答案 解析 图4 e 50sin 10 t V 线圈产生的感应电动势最大值Em NBS 50V 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为e Emsin t 50sin 10 t V 2 外电路R两端电压瞬时值的表达式 答案 解析 图4 u 40sin 10 t V 针对训练一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直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5所示 则下列说法中正确的是 图5 A t 0时刻线圈平面与中性面垂直B t 0 01s时刻 的变化率达到最大C t 0 02s时刻感应电动势达到最大D t 0 03s时刻感应电动势为零 答案 解析 t 0时刻 最大 应是中性面位置 A错 t 0 01s时 0 应是线圈平面与磁场平行的位置 感应电动势最大 的变化率最大 B正确 0 02s时刻 感应电动势为零 C错 0 03s时刻 感应电动势最大 D错 图5 1 求交变电流瞬时值的方法 确定线圈转动从哪个位置开始计时 确定表达式是正弦函数还是余弦函数 确定转动的角速度 2 n n的单位为r s 峰值Em NBS 写出表达式 代入角速度求瞬时值 2 线圈在匀强磁场中匀速转动 产生的交变电流与线圈的形状无关 如图6所示 若线圈的面积与例2题图所示线圈面积相同 则答案完全相同 图6 例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7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 则图中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图象是 三 交变电流的图象 图7 答案 解析 线圈在磁场中从图示位置开始匀速转动时可以产生按余弦规律变化的交流电 对于图示起始时刻 线圈的cd边离开纸面向外运动 速度方向和磁场方向垂直 产生的电动势的瞬时值最大 用右手定则判断出电流方向为逆时针方向 与规定的正方向相同 所以C对 图7 1 从中性面开始计时是正弦曲线 从垂直中性面开始计时是余弦曲线 2 由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向 达标检测 3 1 多选 如图所示的图象中属于交变电流的有 答案 解析 1 2 3 4 选项A B C中e的方向均发生了变化 故它们属于交变电流 但不是正弦式交变电流 选项D中e的方向未变化 故是直流 2 2015 宁波高二检测 如图所示 面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度 匀速转动 下列选项中能产生正弦交变电动势e BS sin t的是 答案 1 2 3 4 3 多选 如图8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 线圈中产生的交变电流按照如图乙所示的余弦规律变化 则在t 时刻 答案 解析 1 2 3 4 图8 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 1 2 3 4 此时线圈位于中性面位置 所以穿过线圈的磁通量最大 B错误 由于此时感应电动势为零 所以线圈中电流为零 线圈所受的安培力为零 A错误 C D正确 4 一台发电机产生正弦式电流 如果e 400sin314t V 那么电动势的峰值是多少 线圈匀速转动的角速度是多少 如果