1、学案1 交变电流【学习目标】 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、交变电流问题设计1.把图1电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？图12把图中电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？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要点提炼1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
2、流称为直流 、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流3对直流电流和交变电流的区分主要是看电流 是否变化二、交变电流的产生问题设计图2假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示请分析判断：(1)图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？(3)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻要点提炼1正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于 磁场中，并绕 方
3、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，线圈中感应电流方向都要改变线圈转动一周，感应电流方向改变 次三、交变电流的变化规律问题设计如图3是图2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：图3(1)甲、乙、丙中AB边产生的感应电动势各为多大？(2)甲、乙、丙中整个线圈中的感应电动势各为多大？(3)若线圈有N匝，则
4、甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？要点提炼1正弦式交变电流瞬时值表达式：(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正弦式交变电流的峰值表达式：Em 与线圈的形状及转动轴的位置 (填“有关”或“无关”)3两个特殊位置：(1)中性面：线圈平面与磁场 为 ，为 ，e为 ，i为 .(填“0”或“最大”)(2)垂直中性面：线圈平面与磁场 为 ， ，e为 ，i为 (填“0”或“最大”)4正弦式交变电流的图象及应用：(如图4甲、乙所示)或图4从图象中可以解读到以下信息：(1)交变电流的周期T、峰值Im或者Em.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通
5、量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻，也可根据电流或者电压的峰值找出线圈平行磁感线的时刻(3)判断线圈中磁通量最小、最大的时刻及磁通量变化率最大、最小时刻(4)分析判断i、e大小和方向随时间的变化规律一、交变电流的判断例1 如图所示，属于交流电的是( )二、交变电流的产生例2 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零三、交变电流的规律例3 有一个正方
6、形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，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5所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：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(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(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四、交变电流的图象例4 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图6所示，由图中信息可以判断( )图6A在A和C时刻线圈处于中性面位置B在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C从AD线圈转过的角度为2D若从OD历时0.02 s，则在1
7、s内交变电流的方向改变100次1(交变电流的产生)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有( )2(交变电流的规律)如图7所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，adbcl1，abcdl2.从图示位置起该线圈以角速度绕不同转轴匀速转动，则( )图7A以OO为转轴时，感应电动势eBl1l2sin tB以O1O1为转轴时，感应电动势eBl1l2sin tC以OO为转轴时，感应电动势eBl1l2cos tD以OO为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势eBl1l2sin (t)3(交变电流的图象)一只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变化的图象如图8甲所示，则下列说法中正确
8、的是( )图8At0时刻，线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻，的变化率最大Ct0.02 s时刻，交变电动势达到最大D该线圈产生的相应交变电动势的图象如图乙所示4(交变电流的规律)如图9所示，线圈的面积是0.05 m2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B T，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时，求：图9(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(2)从中性面开始计时，线圈转过 s时电动势瞬时值多大？题组一 交变电流的产生1一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面时( )A线圈平面与磁感线方向平行B通过线圈的磁通量达到最大值C通过线
9、圈的磁通量变化率达到最大值D线圈中的感应电动势达到最大值2关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是( )A线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次题组二 交变电流的图象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1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，则能反映线圈中感应电
10、流i随时间t变化的图象是( )图14如图2所示是磁电式电流表的结构图和磁场分布图，若磁极与圆柱间的磁场都是沿半径方向，且磁场有理想的边界，线圈经过有磁场的位置处磁感应强度大小相等某同学用此种电流表中的线圈和磁体做成发电机使用，让线圈匀速转动，若从图中水平位置开始计时，取起始电流方向为正方向，表示产生的电流随时间变化关系的下列图象中正确的是( )图25.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形图如图3所示，下列说法中正确的是( )图3A在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值B在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值C在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值D在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率
11、达到峰值6如图4甲所示为一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动线圈内磁通量随时间t变化如图乙所示，则下列说法中正确的是 ( )图4At1时刻线圈中的感应电动势最大Bt2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直Ct3时刻线圈平面与中性面重合Dt4、t5时刻线圈中感应电流的方向相同7如图5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转轴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图乙所示的余弦规律变化，则在t时刻 ( )图5A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线圈中的电流为零题组三 交变电流的规律8一矩形线
12、圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为e10sin (20t) V，则下列说法正确的是( )At0时，线圈位于中性面Bt0时，穿过线圈的磁通量为零Ct0时，线圈切割磁感线的有效速度最大Dt0.4 s时，电动势第一次出现最大值9.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈由图6所示位置转过30，线圈中的感应电动势大小为( )图6A50 V B25 VC25 V D10 V10交流发电机在工作时电动势为eEmsin t，若将发电机的转速提高一倍，同时将线圈所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )AeEmsin Be2EmsinCeEmsin 2t Des
13、in 2t11.如图7所示，匀强磁场的磁感应强度为B0.50 T，矩形线圈的匝数N100匝，边长Lab0.20 m，Lbc0.10 m，以3 000 r/min的转速匀速转动，若从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：图7 (1)交变电动势的瞬时值表达式；(2)若线圈总电阻为2 ，线圈外接电阻为8 ，写出交变电流的瞬时值表达式12如图8甲所示，矩形线圈匝数N100 匝，ab30 cm，ad20 cm，匀强磁场磁感应强度B0.8 T，绕轴OO从图示位置开始匀速转动，角速度100 rad/s，试求：甲 乙图8(1)穿过线圈的磁通量最大值m为多大？线圈转到什么位置时取得此值？(2)线圈产生的感应电动势最大值Em为多大？线圈转到什么位置时取得此值？(3)写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图象