三、交变电流

1交变电流,第五章交变电流,学习目标,知识探究,典例精析,达标检测,1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义.,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？,知识探究,导学探究,答案,图1,答案当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮.,(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.,答案,答案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.,对交变电流的认识(1)交变电流：大小和方向随时间作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.、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.注意：对直流电流和交变电流的区分主要是看电流是否变化.(3)正弦式交变电流：电流随时间按规律变化的电流叫正弦交变电流，简称.,答案,知识梳理,周期性,交流电,方向,大小,方向,正弦函数,正弦交流电,如图所示，属于交流电的是(),即学即用,解析答案,解析方向随时间作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作周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电.C选项中电流的方向随时间作周期性变化，故选C.,C,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：,导学探究,图2,(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况.,答案,答案,(2)线圈转动过程中，当产生的感应电动势有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？,答案,答案线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，为零，此时线圈所处的平面称为中性面.线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大.,正弦式交变电流的产生条件中性面的特点：(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.线圈处于中性面位置时，穿过线圈的，但线圈中的电流为.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.,答案,知识梳理,匀强,垂直磁场,匀速,垂直,最大,零,两,(多选)当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是()A.电流将改变方向B.磁场方向和线圈平面平行C.线圈的磁通量最大D.线圈产生的感应电动势最大,即学即用,解析答案,AC,解析当线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，电流将改变方向，故选A、C.,三、交变电流的变化规律,如图3是图1中线圈ABCD在磁场中绕轴OO转动时的截面图.线圈平面从中性面开始转动，角速度为.经过时间t，线圈转过的角度是t，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积SL1L2，磁感应强度为B，则：,导学探究,图3,(1)甲、乙、丙中AB边产生的感应电动势各为多大？,答案,答案甲：eAB0,(2)甲、乙、丙中整个线圈中的感应电动势各为多大？,答案,答案整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分组成，且eABeCD，所以甲：e0乙：eeABeCDBSsint丙：eBS,(3)若线圈有n匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？,答案,答案若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以甲：e0乙：enBSsint丙：enBS,交变电流的瞬时值及峰值.(1)正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式：当从中性面开始计时：e.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：Em与线圈的形状，与转动轴的位置.(填“有关”或“无关”),答案,知识梳理,Emsint,Emcost,nBS,无关,无关,线框在匀强磁场中绕OO轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图4所示位置时(090)，磁通量和感应电动势大小的变化情况是()A.磁通量和感应电动势都在变大B.磁通量和感应电动势都在变小C.磁通量在变小，感应电动势在变大D.磁通量在变大，感应电动势在变小,即学即用,答案,D,返回,图4,例1矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面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,典例精析,解析答案,归纳总结,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，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，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.答案CD,归纳总结,归纳总结,搞清两个特殊位置的特点：1.线圈平面与磁场垂直时：e为0，i为0，为最大，t为0.2.线圈平面与磁场平行时：e为最大，i为最大，为0，t为最大.,二、交变电流的变化规律,例2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10rad/s的角速度匀速转动，如图5所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，问：,解析答案,图5,(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少；,解析交变电流电动势的峰值为EmnBS100.50.2210V6.28V电流的峰值为ImEmR6.28A.,答案6.28V6.28A,(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式；,解析答案,解析从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmsint6.28sin(10t)V.,答案e6.28sin(10t)V,(3)线圈从中性面位置开始，转过30时，感应电动势的瞬时值是多大.,解析线圈从中性面位置开始转过30时，感应电动势为eEmsin303.14V.,答案3.14V,总结提升,总结提升,(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2n(n的单位为转/秒)、峰值EmNBS；写出表达式，代入角速度求瞬时值.,总结提升,(2)线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流，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中题图所示线圈面积相同，则答案完全相同.,图6,三、交变电流的图象,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t0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abcda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(),图7,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.答案C,解析答案,技巧点拨,返回,技巧点拨,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.,返回,1.(多选)如图所示的图象中属于交变电流的有(),达标检测,1,2,3,解析答案,4,解析选项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.,ABC,答案,2.(多选)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有(),1,2,3,4,BCD,3.(多选)矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图8所示，下列结论正确的是()A.在t0.1s和t0.3s时，电动势最大B.在t0.2s和t0.4s时，电动势改变方向C.电动势的最大值是157VD.当t0.4s时，磁通量变化率达到最大，其值为3.14Wb/s,1,2,3,解析答案,4,图8,1,2,3,解析由t图象可知maxBS0.2Wb，T0.4s，又因为n50，所以EmaxnBSnmax2T157V，C正确.,4,t0.1s和t0.3s时，最大，e0，电动势改变方向；t0.2s和t0.4s时，0，eEmax最大，故A、B错误.,根据线圈在磁场中转动时产生感应电动势的特点知，当t0.4s时，t最大，t3.14Wb/s，D正确.,答案CD,4.如图9所示，线圈的面积是0.05m2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B1T，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；,1,2,3