11-12学年高中物理 5.1 交变电流学案 新人教版选修3-2

用心 爱心 专心 1 5 15 1 交变电流交变电流 学案 人教版选修学案 人教版选修 3 23 2 1 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做 方向不随时间变化的电 流称为 大小和方向都不随时间变化的电流称为 2 线圈在 磁场中绕 的轴匀速转动时 产生交变电流 此交变电流 按正弦规律变化叫做 电流 其电动势的瞬时值表达式为 e 其中 Em 3 下列各图中 哪些情况线圈中能产生交流电 4 下图所示的 4 种电流随时间变化的图中 属于交变电流的有 5 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 下列说法中正确的是 A 在中性面时 通过线圈的磁通量最大 B 在中性面时 感应电动势最大 C 穿过线圈的磁通量为零时 感应电动势也为零 D 穿过线圈的磁通量为零时 磁通量的变化率也为零 概念规律练 知识点一 交变电流的产生 1 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 图 1 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 用心 爱心 专心 2 C 图示位置ab边的感应电流方向为a b D 线圈平面与磁场方向平行时 磁通量变化率为零 2 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 垂直 在 t 0 时刻 线圈平面与纸面重合 如图 2 所示 线圈的 cd 边离开纸面向 外运动 若规定由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 变化的图线是 知识点二 交变电流的变化规律 3 闭合线圈在匀强磁场中匀速转动 转速为 240 r min 若线圈平面转至与磁场方向平 行时的电动势为 2 V 则从中性面开始计时 所产生的交流电动势的表达式为 e V 电动势的峰值为 V 从中性面起经 s 交流电动势的大小为 V 1 48 4 有一个 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 3 所示 垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度 为 0 5 T 问 图 3 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 3 写出感应电动势随时间变化的表达式 方法技巧练 一 瞬时值 平均值的计算方法 5 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动 线圈共 100 匝 转速为 10 r min 在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为 0 03 Wb 则线圈平面转到与磁感线平行 时 感应电动势为多少 当线圈平面与中性面夹角为时 感应电动势为多少 3 用心 爱心 专心 3 6 如图 4 所示 匝数为 n 面积为 S 的矩形线圈在匀强磁场 B 中匀速转动 角速度为 求线圈从图示位置转过 180 时间内的平均感应电动势 图 4 二 交变电流图象的应用 7 矩形线圈 绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动 势 e 随时间 t 的变化如图 5 所示 下面说法中正确的是 图 5 A t1时刻通过线圈的磁通量为零 B t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D 每当 e 变换方向时 通过线圈的磁通量绝对值都为最大 8 一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 的变化图象如图 6 所示 则下列说法中 正确的是 图 6 A t 0 时刻 线圈平面与中性面垂直 B t 0 01 s时刻 穿过线圈平面的磁通量的变化率最大 C t 0 02 s时刻 线圈中有最大感应电动势 D t 0 03 s时刻 线圈中有最大感应电流 用心 爱心 专心 4 参考答案 课前预习练 1 交变电流 直流 恒定电流 2 匀强 垂直于磁感线 正弦式交变 Emsin t nBS 3 BCD A 中线圈中的磁通量始终是零 故无感应电流产生 B C D 中都是线圈在匀 强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 故能产生交流电 则 B C D 正确 4 CD 恒定电流是强弱和方向都不随时间改变 交变电流是强弱和方向都随时间改变 正弦式交变电流是按正弦规律变化的交变电流 图象中数值的正 负表示电流方向 A 选项 中电流数值总为正 表示电流方向不变 是恒定电流 B 选项中图象虽为正弦 但由于电流 总是正值 表示电流方向不变 电流大小随时间变化 也是恒定电 流 C D 选项中电流强度 和方向都随时间做周期性变化 是交变电流 因此 是交变电流的只有 C 和 D 是正弦式交 变电流的只有 D 5 A 中性面和磁场垂直 磁通量最大 磁通量的变化率为零 课堂探究练 1 C 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 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a b 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 也可以这样认为 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 点评 线圈平面垂直于磁感线时 线圈中的感应电流为零 这一位置叫中性面 线圈 平面经过中性面时 电流方向就发生改变 线圈绕轴转一周经过中性面两次 因此感应电流 方向改变两次 线圈经过中性面时 穿过线圈的磁通量最大 但磁通量的变化率为零 即各边都不切 割 所以感应电动势为零 2 C 线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 可以产生按正弦规律变化的 交流电 对于图示起始时刻 线圈的cd边离开纸面向纸外运动 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 点评 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 可以产生按正弦规律变化 的交流电 其中 线圈 无特殊要求 即矩形线圈 圆形线圈等其他形状都可 绕某一轴 匀速转动 只要求此轴垂直于磁场方向 没有其他限制条件 3 2sin8 t 2 1 解析 当线圈平面与磁场平行时 S B 感应电动势最大 即Em 2 V 2 n 2 8 rad s 则从中性面开始计时 瞬时值表达式 e Emsin 240 60 t 2sin 8 t V 当t s 时 e 2sin 8 V 1 V 1 48 1 48 点评 当闭合线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动 且从中性面开始计时时产生正弦式交流 电电动势的表达式e Emsin t Em为最大值即当线圈平面与磁场方向平行时的瞬时值 为转动角速度 4 1 6 28 V 6 28 A 2 5 44 V 3 e 6 28sin 10 t V 解析 1 交变电流电动势最大值为 Em nBS 10 0 5 0 22 10 V 6 28 V 电流的最大值为 Im Em R A 6 28 A 6 28 1 2 线框转过 60 时 感应电动势e Emsin 60 5 44 V 3 由于线框转动是从中性面开始计时的 所以瞬时值表达式为 e Emsin t 6 28sin 10 t V 用心 爱心 专心 5 点评 电动势最大值Em nBS 当计时起点为中性面位置时表达式为e Emsin t 当计时起点为线圈平面与磁场方向平行时 表达式为e Emcos t 5 1 V V 3 2 解析 由题意知 m 0 03 Wb 2 n 2 rad s rad s 10 1 60 1 3 线圈转至与磁感线平行时 感应电动势最大 故 Em NBS N m 100 0 03 V 1 V 来源 高 考 资 源 网 1 3 瞬时值表达式e Emsin t sin V t 3 当 t 时 e sin V V 3 3 3 2 方法总结 要记住两个特殊位置感应电动势的瞬时值 即中性面位置e 0 线圈平面 与磁感线平行的位置e Em nBS 确定线圈从哪个位置开始计时的 从而确定电动势的瞬时值表达式是正弦形式还是余 弦形式 6 nBS 2 解析 由楞次定律可判断线圈从图示位置转过 180 时间内 线圈中的平均感应电动势 E 0 磁通量是没有方向的标量 但却有正负 如果我们规定磁感线从线圈的一侧穿入另一 侧 穿出磁通量为正 那么从另一侧穿入这一侧穿出时 磁通量就为负了 设线圈转过 180 时 穿过它的磁通量 BS 那么图示位置时穿过它的磁通量 BS 由法拉第 电磁感应定律得 n n n nBS E t 1 2T BS BS 1 2 2 2 方法总结 平均感应电动势不等于始 末两瞬时电动势值的平均值 必须用法拉第电磁 感应定律计算即 n E t 7 D t1 t3时刻感应电动势为零 线圈位于中性面位置 所以穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零 A C 错误 t2时刻感应电动势最大 线圈位于中性面的垂面位置 穿 过线圈的磁通量为零 B 错误 由于线圈每过一次中性面时 穿过线圈的磁通量的绝对值最 大 e变换方向 所以 D 正确 方法总结 当感应电动势最大时 磁通量的变化率最大 磁通量却最小 8 ABCD 由题意可知 msin t时 其感应电动势应为