976xa_《交变电流》同步导学.doc

高二物理学案 第五章交变电流一、交变电流【要点导学】交变电流的产生.变化规律和基本物理量：1、交变电流：强度和方向都随时间做周期性变化的电流为交变电流.正弦电流、锯齿波电流都属于交变电流.2、交变电流的产生： 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流.若线圈绕平行于磁感线的轴转动，则不产生感应电动势.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置，其特点分别是：(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面.线圈平面处于跟中性面重合的位置时；(a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；(b)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零.(c)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的.(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变.3、交变电流的变化规律：如图511所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=Em sint，其中Em=2NBLv=NBS；i=Im sint，其中Im=Em/R。当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=Em sint，其中Em=2NBLv=NBS；i=Im sint，其中Im=Em/R。图512所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的et和i-t图象：【范例精析】例1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间：（）A.线圈平面与磁感线平行；B.通过线圈的磁通量最大；C.线圈中的感应电动势最大；D.线圈中感应电动势的方向突变。解析：在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做中性面。根据这一定义，线圈平面经过中性面瞬间，通过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势为零，此后，感应电动势方向（即感应电流方向）将与原方向相反。所以正确选项为B.D。例2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图513，则在时刻（）A.t1，t3线圈通过中性面B.t2，t4线圈中磁通量最大C.t1，t3线圈中磁通量变化率最大D.t2，t4线圈平面与中性面垂直解析：对于线圈在匀强磁场转动的模型,要能够把图线和实物联系在一起,弄清转动过程中两个特殊位置和特征:通过中性面时磁通量最大,但磁通量变化率为零,产生的感应电动势也为零; 通过与中性面垂直的位置时磁通量为零,但磁通量变化率最大,产生的感应电动势也最大,结合图象可以判断A、D正确。拓展：本题是考查交变电流的产生和变化规律等基础内容的题目。线圈经过的中性面位置是线圈在磁场中匀速转动切割磁感线产生交变电流的特殊位置，是掌握交变电流的产生和变化规律的一个关键。例3、一矩形线圈，面积为s，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着轴oo做匀速转动，角速度为，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面位置开始计时，求：（1）线圈中感应电动势的最大值？写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式？（2）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？写出线圈中的电流瞬时表达式。解析：（1）对于单匝线圈eab=ecd=Blv sint=Bl1l2/2 sinte=2eab=Bl1l2sint=BSsint 当线圈为N匝时 e=N BSsint 感应电动势的最大值 Em=N BS （2）根据闭合电路的欧姆定律 i=e/R= N BSsint/R拓展：本题考查的是表征交变电流的物理量和表达式，能否正确写出交变电流瞬时值表达式，关键在于找出交变电流的最大值.角速度 ，并明确计时起点线圈平面所处的位置。又如：一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。（1）写出感应电动势的瞬时值表达式（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120时电流强度的瞬时值为多少？解析：本题中没有规定线圈平面在什么位置为计时起点，一般取线圈平面在中性面时为计时起点。（1）由题意有Em=311V ，=100rad/s，所以，感应电动势的瞬时值表达式为：e=Em sint =311sin100t(V)（2）由欧姆定律得，电流最大值为：Im=Em/R=3.11A通过负载的电流强度的瞬时表达