1、第五章 交变电流第1节 交变电流第五章 交变电流 1.了解交变电流的概念，知道交变电流是生活中的常用电流 2.掌握交变电流的产生过程(重点)3.理解交变电流的特点和规律，并应用其解决相关问题(重点难点)【基础梳理】一、交变电流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直流：_不随时间变化的电流称为直流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_周期性交流方向正弦正弦式电流二、交变电流的产生闭合线圈置于_磁场中，并绕_方向的轴_转动三、交变电流的变化规律线圈从_磁场方向开始计时产生电动势的瞬时值表达式：eEmsin t，Em 叫做电动势的_匀强垂直于磁场匀
2、速垂直峰值【自我检测】判断正误(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()探究思考 线圈从中性面开始计时和从垂直中性面开始计时两种情况下感应电动势图象有什么区别？提示：线圈从中性面开始计时，感应电动势图象为正弦图象(如图甲)；线圈从垂直中性面开始计时，感应电动势图象为余弦图象(如图乙)交变电流的产生1正弦式交变电流的产生将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴做匀速转动2中性面线圈平面与磁感线垂直时的位置线圈处于中性面位置时
3、，穿过线圈的 最大，但线圈中的电流为零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，感应电流方向改变两次3两个特殊位置的特点中性面中性面的垂面位置线圈平面与磁场垂直 BS线圈平面与磁场平行 BS磁通量 最大0磁通量变化率t0最大感应电动势 E0最大中性面中性面的垂面线圈边缘线速度与磁场方向的夹角090感应电流 i0最大电流方向改变不变(多选)(2019广东江门二中高二期中)如图，线圈在磁场中匀速转动产生交变电流，以下相关说法中正确的是()A线圈在甲、丙图所示位置时，磁通量变化率最大B线圈在乙、丁图所示位置时，产生的电流最大C线圈平面经过甲、丙图所示位置时，电流的方向都要改变一
4、次D线圈每转动一周，电流方向改变一次解析 当线圈出现在甲、丙位置时，线圈平面和磁场完全垂直，磁通量最大，但 ab 边和 cd 边恰好不切割磁场，瞬时感应电动势为零，根据法拉第电磁感应定律，此时磁通量的瞬时变化率为零，A 错误；线圈在乙、丁位置时，线圈平面和磁场方向平行，磁通量为零，但此时 ab 边和 cd 边正好垂直切割磁场，产生的感应电动势最大，故此时流过线圈的瞬时电流最大，B正确；根据交变电流产生的原理，线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，线圈在甲、丙图中均处于中性面，故电流方向都要改变一次，C 正确；线圈每转动一周要经过两次中性面，所以线圈每转动一周，方向改变两次，D 错误答案 BC
5、线圈在匀强磁场中转动问题的分析方法(1)分析线圈在不同时刻的位置及穿过它的磁通量、磁通量的变化率情况，利用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向(2)搞清两个特殊位置的特点线圈平面与中性面重合时，SB，最大，t 0，e0，i0，电流方向将发生改变线圈平面与中性面垂直时，SB，0，t 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变(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
6、磁感线的速度为零解析：选 CD.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 交变电流的变化规律1瞬时值的推导若线圈平面从中性面开始转动，如图所示则经时间 t：(1)线圈转过的角度为 t.(2)ab 边的线速度跟磁感线方向的夹角 t.(3)ab
7、边转动的线速度 vLad2.(4)ab 边产生的感应电动势eabBLabvsin BS2 sin t.(5)整个线圈产生的感应电动势e2eabBSsin t，若线圈为 N 匝，eNBSsin t.(6)若线圈给外电阻 R 供电，设线圈本身电阻为 r，由闭合电路欧姆定律得 ieRr EmRrsin t，即 iImsin t，R 两端的电压可记为 uUmsin t.2峰值(1)由 eNBSsin t 可知，电动势的峰值 EmNBS.(2)交变电动势的最大值由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角速度 及线圈面积 S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场，因此如图所示的几种情
8、况，若 N、B、S、相同，则电动势的最大值相同(3)电流的峰值可表示为 ImNBSRr.如图所示，一边长为 l 的正方形线圈 abcd 绕对称轴OO在匀强磁场中转动，转速为 n120 r/min，若已知边长 l20 cm，匝数 N20 匝，磁感应强度 B0.2 T，求：(1)转动中的最大电动势及其位置(2)从中性面开始计时的电动势瞬时值表达式(3)从图示位置转过 90过程中的平均电动势思路点拨(1)电动势峰值公式为 EmNBS.(2)从中性面开始计时的电动势表达式为 eEmsin t.(3)由 ENt 计算平均值解析(1)当线圈平面转到与磁场平行时，ab、cd 两边均垂直切割磁感线，这时线圈中
9、产生的感应电动势最大EmNBS200.20.2222 V2.0 V.(2)电动势瞬时值表达式为 eEmsin t2sin 4t V.(3)ENt NBS01422NBS4NBSf4200.20.222 V1.28 V.答案(1)2.0 V 线圈平面与磁场平行(2)e2sin 4t V(3)1.28 V一矩形线圈，面积是 0.05 m2，共 100 匝，线圈电阻 r2，外接电阻 R8，线圈在磁感应强度 B1 T的匀强磁场中以 n300 r/min 的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，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；(2)线圈从开始计时经 130 s 时线圈中
10、由此得到的感应电流的瞬时值；(3)外电路 R 两端电压瞬时值的表达式解析：(1)线圈转速 n300 r/min5 r/s，角速度 2n10 rad/s，线圈产生的感应电动势最大值 EmNBS50 V，由此得到的感应电动势瞬时值表达式为eEmsin t50sin 10t(V)(2)将 t 130 s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得 e50sin(10 130)V25 3 V，对应的感应电流 i eRr5 32A.(3)由闭合电路欧姆定律得ueRr R40sin 10t(V)答案：(1)e50sin 10t(V)(2)5 32A(3)u40sin 10t(V)交变电流的图象如图甲、乙所示，从图象
11、中可以解读到以下信息：1交变电流的峰值 Em、Im 和周期 T.2两个特殊值对应的位置：(1)e0(或 i0)时：线圈位于中性面上；e 最大(或 i 最大)时：线圈平行于磁感线(2)e0(或 i0)时，t 0，最大e 最大(或 i 最大)时，t 最大，0.3分析判断 e、i 大小和方向随时间的变化规律 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势 e 随时间 t 的变化规律如图所示下列说法中正确的是()At1 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Bt2 时刻通过线圈的磁通量为 0Ct3 时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当电流方向变化时，线圈平面就会
12、与中性面垂直解析 由图 t1 时刻，感应电动势为最大值，通过线圈的磁通量为零，故 A 错误；t2 时刻感应电动势为零，线圈通过中性面时，磁通量最大，故 B 错误；t3 时刻感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律，电动势 Ent 可知，此时通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大，故 C 正确；每当电流转换方向时，线圈与磁场垂直，故 D 错误答案 C(多选)(2019山东烟台高二期中)如图甲所示，一个矩形线圈 abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴 OO匀速转动，从某个时刻开始计时，其穿过线圈的磁通量 随时间 t 的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是()At0 时刻线圈处于中性面位置Bt1、t3 时刻线圈中的感应电流最大且方向相同Ct2、t4 时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，但感应电流却为零Dt5 时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率也为零解析：t0 时刻通过线圈的磁通量最大，所以线圈平面处在中性面上，故 A 正确；t1、t3 时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，磁通量的变化率最大，感应电流最大，方向相反，故 B 错误；t2、t4 时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以感应电流为零，故 C 正确；t5 时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故 D 错误答案：AC本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放