《2017-2018高中物理 第二章 交變電流 第一節(jié) 認識交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述學案 粵教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018高中物理 第二章 交變電流 第一節(jié) 認識交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述學案 粵教版選修3-2（16頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一節(jié)認識交變電流第二節(jié)交變電流的描述學習目標1.會觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和正弦式交變電流的概念.2.理解交變電流的產(chǎn)生過程，會分析電動勢和電流方向的變化規(guī)律.3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流的瞬時值、峰值的物理含義一、交變電流的產(chǎn)生導學探究假定線圈繞OO軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖1甲至丁所示請分析判斷：圖1(1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向的變化情況(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當產(chǎn)生的感應電流有最大值和最小值時線圈分別在什么位置？答案(1)轉(zhuǎn)動過程電流方向甲乙BADC乙丙BADC丙丁ABCD丁甲ABCD(2)線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的電流最大線圈轉(zhuǎn)

2、到甲或丙位置時線圈中電流最小，為零，此時線圈所處的平面稱為中性面知識梳理正弦式交變電流的產(chǎn)生條件及中性面的特點：(1)正弦式交變電流的產(chǎn)生條件：將閉合矩形線圈置于勻強磁場中，并繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(2)中性面：線圈平面與磁感線垂直時的位置線圈處于中性面位置時，穿過線圈的最大，但線圈中的電流為零線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈中感應電流的方向都要改變線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向改變兩次即學即用判斷下列說法的正誤(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，就可以產(chǎn)生交變電流()(2)線圈在通過中性面時磁通量最大，電流也最大()(3)線圈在通過垂直中性面的平面時電流最大，但磁通量為零()(4)線圈在通過中性面時電流

3、的方向發(fā)生改變()答案(1)(2)(3)(4)二、用函數(shù)表達式描述交變電流導學探究如圖2是圖1中線圈ABCD在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時的截面圖線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為.經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是t，AB邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于t.設(shè)AB邊長為L1，BC邊長為L2，線圈面積SL1L2，磁感應強度為B，則：圖2(1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應電動勢各為多大？(2)甲、乙、丙中整個線圈中的感應電動勢各為多大？(3)若線圈有n匝，則甲、乙、丙中整個線圈的感應電動勢各為多大？答案(1)甲：eAB0乙：eABBL1vsintBL1sintBL1L2sintBSsint丙：eA

4、BBL1vBL1BL1L2BS(2)整個線圈中的感應電動勢由AB和CD兩部分組成，且eABeCD，所以甲：e0乙：eeABeCDBSsint丙：eBS(3)若線圈有n匝，則相當于n個完全相同的電源串聯(lián)，所以甲：e0乙：enBSsint丙：enBS知識梳理交變電流的瞬時值、峰值表達式(1)正弦式交變電流電動勢的瞬時值表達式：當從中性面開始計時：eEmsin_t.當從與中性面垂直的位置開始計時：eEmcos_t.(2)正弦式交變電流電動勢的峰值表達式：EmnBS與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)動軸的位置無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)即學即用有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為20cm，線圈總電阻為1，線圈繞

5、OO軸以10rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖3所示，勻強磁場的磁感應強度為0.5T，該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值為_，電流的峰值為_，若從中性面位置開始計時，感應電動勢的瞬時值表達式為_圖3答案6.28V6.28Ae6.28sin10tV解析電動勢的峰值為EmnBS100.50.2210V6.28V電流的峰值為Im6.28A感應電動勢的瞬時值表達式為eEmsint6.28sin10tV.三、用圖象描述交變電流導學探究由正弦式電流的電動勢eEmsint，電流iImsint和電壓uUmsint分別畫出et、it、ut圖象答案知識梳理從正弦式交變電流的圖象可以解讀到以下信息：(1)交變電流的周期

6、T、峰值Im或者Em.(2)因線圈在中性面時感應電動勢、感應電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時刻；也可根據(jù)電流或者電壓峰值找出線圈平行磁感線的時刻(3)判斷線圈中磁通量最小、最大的時刻及磁通量變化率最大、最小的時刻(4)分析判斷i、e大小和方向隨時間的變化規(guī)律即學即用判斷下列說法的正誤(1)當線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的軸做勻速圓周運動，線圈中的電流就是正(或余)弦式電流()(2)正弦式交流電在一個周期里，電流有一個最大值，一個最小值()(3)若某一閉合線圈中產(chǎn)生正弦式交流電，當電動勢達到最大值時，線圈中的電流不一定達到最大值()答案(1)(2)(3)一、交變電流的產(chǎn)生例1(

7、多選)矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是 ()A當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大B當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也為零C每當線框經(jīng)過中性面時，感應電動勢或感應電流的方向就改變一次D線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零答案CD解析線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應電動勢等于零，此時穿過線框的磁通量的變化率也等于零，感應電動勢或感應電流的方向也就在此時刻發(fā)生變化線框垂直于中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切

8、割，有效切割速度最大，所以感應電動勢最大，也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項正確搞清兩個特殊位置的特點：(1)線圈平面與磁場垂直時：e為0，i為0，為最大，為0.(2)線圈平面與磁場平行時：e為最大，i為最大，為0，為最大二、交變電流的變化規(guī)律1峰值表達式EmNBS，Im，UmImR2正弦交變電流的瞬時值表達式(1)從中性面位置開始計時eEmsint，iImsint，UUmsint(2)從與中性面垂直的位置開始計時eEmcost，iImcost，UUmcost.例2一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻r2，外接電阻R8，線圈在磁感應強度BT的勻強磁場中以n3

9、00r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖4所示，若從中性面開始計時，求：(取3.14)圖4(1)線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；(2)從開始計時經(jīng)s時線圈中的感應電流的瞬時值；(3)外電路R兩端電壓瞬時值的表達式答案(1)e50sin10tV(2)A(3)u40sin10tV解析(1)線圈轉(zhuǎn)速n300r/min5 r/s，角速度2n10rad/s，線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大值EmNBS50V，由此得到的感應電動勢瞬時值表達式為eEmsint50sin10tV.(2)將ts代入感應電動勢瞬時值表達式中，得e50sin (10) V25V，對應的感應電流iA.(3)由歐姆定律得uR40s

10、in10tV.1求交變電流瞬時值的方法(1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計時；(2)確定表達式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)；(3)確定轉(zhuǎn)動的角速度2n(n的單位為r/s)、峰值EmNBS；(4)寫出表達式，代入角速度求瞬時值2線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流，產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無關(guān)如圖5所示，若線圈的面積與例2中題圖所示線圈面積相同，則答案完全相同圖5三、交變電流的圖象例3處在勻強磁場中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直在t0時刻，線圈平面與紙面重合，如圖6所示，線圈的cd邊離開紙面向外運動若規(guī)定沿abcda方向的感應電流為正，則圖中能反映

11、線圈中感應電流i隨時間t變化的圖象是()圖6答案C解析線圈在磁場中從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電對于圖示起始時刻，線圈的cd邊離開紙面向外運動，速度方向和磁場方向垂直，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大；用右手定則判斷出電流方向為逆時針方向，與規(guī)定的正方向相同，所以C對1從中性面開始計時是正弦曲線，從垂直中性面開始計時是余弦曲線2由楞次定律或右手定則判斷感應電流的方向.1(多選)如圖所示的圖象中屬于交變電流的有()答案ABC解析選項A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流，但不是正弦式交變電流；選項D中e的方向未變化，故是直流2(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流

12、的有()答案BCD3(多選)如圖7甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照如圖乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t時刻 ()圖7A線圈中的電流最大B穿過線圈的磁通量為零C線圈所受的安培力為零D線圈中的電流為零答案CD解析線圈轉(zhuǎn)動的角速度為，則轉(zhuǎn)過一圈用時，當t時說明轉(zhuǎn)過了圈，此時線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，B錯誤，由于此時感應電動勢為零，所以線圈中電流為零，線圈所受的安培力為零，A錯誤，C、D正確4.如圖8所示，勻強磁場的磁感應強度BT，邊長L10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電

13、阻r1，線圈繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度2rad/s，外電路電阻R4.求：圖8(1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應電動勢的最大值(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過30角的過程中產(chǎn)生的平均感應電動勢答案(1)2V(2)V解析(1)設(shè)轉(zhuǎn)動過程中感應電動勢的最大值為Em，則EmNBL21000.012V2V.(2)設(shè)由圖示位置轉(zhuǎn)過30角的過程中產(chǎn)生的平均感應電動勢為，則N，t，BL2sin30，代入數(shù)據(jù)解得V.一、選擇題(17題為單選題，89題為多選題)1關(guān)于線圈在勻強磁場中繞軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流，以下說法中正確的是()A線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向就改變一次，感應電動勢的

14、方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向就改變一次C線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次D線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次答案C解析根據(jù)交流電的變化規(guī)律可得，如果從中性面開始計時有eEmsint和iImsint；如果從垂直于中性面的位置開始計時有eEmcost和iImcost，不難看出：線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向就改變一次，感應電動勢的方向也改變一次；線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應電流和感應電動勢的方向都改變兩次，故C正確2.如圖1所示，一矩形線圈繞與勻強磁場垂直的中心軸OO沿順時針方向轉(zhuǎn)動，引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個半圓形銅環(huán)M和N相

15、連M和N又通過固定的電刷P和Q與電阻R相連在線圈轉(zhuǎn)動過程中，通過電阻R的電流 ()圖1A大小和方向都隨時間做周期性變化B大小和方向都不隨時間做周期性變化C大小不斷變化，方向總是PRQD大小不斷變化，方向總是QRP答案C解析半圓環(huán)交替接觸電刷，從而使輸出電流方向不變，這是一個直流發(fā)電機模型，由右手定則知，外電路中電流方向是PRQ.3.一個矩形線圈，在勻強磁場中繞一個固定軸勻速轉(zhuǎn)動，當線圈處于如圖2所示位置時，它的()圖2A磁通量最大，磁通量變化率最大，感應電動勢最大B磁通量最小，磁通量變化率最大，感應電動勢最大C磁通量最大，磁通量變化率最小，感應電動勢最小D磁通量最小，磁通量變化率最小，感應電動

16、勢最小答案B解析線圈處于題圖所示位置時，它與磁感線平行，磁通量為零，磁通量變化率最大，感應電動勢最大，選項A、C、D錯誤，B正確4交流發(fā)電機工作時電動勢為eEmsint，若將發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?)AeEmsinBe2EmsinCeEmsin2tDesin2t答案C解析感應電動勢的瞬時值表達式eEmsint，而EmnBS，當加倍而S減半時，Em不變，故正確答案為C.5.如圖3所示是一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀M是圓柱形鐵芯，它與磁極的柱面共軸，鐵芯上有一矩形線框，可繞與鐵芯M共軸的固定

17、轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、大小近似均勻的磁場若從圖示位置開始計時，當線框繞固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時，下列圖象中能正確反映線框中感應電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是()圖3答案D解析因發(fā)電機的兩個磁極N、S呈半圓柱面形狀，磁極間的磁感線如圖所示，磁感應強度的大小不變，僅方向發(fā)生改變，故線框在磁場中轉(zhuǎn)動時垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢的大小不變，線框越過空隙段后，由于線框切割磁感線的方向發(fā)生變化，所以感應電動勢的方向發(fā)生變化，綜上所述，選項D正確6一矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電動勢為e10sin (20t) V，則下列說法正確的是()At0時，線圈位于中性面Bt0時，穿過線圈的

18、磁通量為零Ct0時，線圈切割磁感線的有效速度最大Dt0.4s時，電動勢第一次出現(xiàn)最大值答案A解析由電動勢e10sin (20t) V知，計時從線圈位于中性面時開始，所以t0時，線圈位于中性面，磁通量最大，但此時線圈切割磁感線的線速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速度為零，A正確，B、C錯誤當t0.4s時，e10sin (200.4) V0，D錯誤7.在垂直向里的有界勻強磁場中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合線圈平面與磁場方向垂直從t0時刻起，線圈以恒定角速度繞cd邊沿如圖4所示方向轉(zhuǎn)動，規(guī)定線圈中電流沿abcda方向為正方向，則從t0到tT時間內(nèi)，線圈中的電

19、流I隨時間t變化關(guān)系圖象為()圖4答案B解析在0內(nèi)，線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，故產(chǎn)生正弦式交流電，由楞次定律知，電流方向為負值；在T，線圈中無感應電流；在T時，ab邊垂直切割磁感線，感應電流最大，且電流方向為正值，故只有B項正確圖58矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖5所示，下列結(jié)論正確的是()A在t0.1s和t0.3s時，電動勢最大B在t0.2s和t0.4s時，電動勢改變方向C電動勢的最大值是157VD當t0.4s時，磁通量變化率達到最大，其值為3.14Wb/s答案CD解析由t圖象可知maxBS0.2Wb，T0.4s，又因為n

20、50，所以EmaxnBSnmax157V，C正確t0.1s和t0.3s時，最大，e0，電動勢改變方向；t0.2s和t0.4s時，0，eEmax最大，故A、B錯誤根據(jù)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應電動勢的特點知，當t0.4s時，最大，3.14Wb/s，D正確9.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，所產(chǎn)生的交變電流的波形圖如圖6所示，下列說法中正確的是()圖6A在t1時刻穿過線圈的磁通量達到峰值B在t2時刻穿過線圈的磁通量達到峰值C在t3時刻穿過線圈的磁通量的變化率達到峰值D在t4時刻穿過線圈的磁通量的變化率達到峰值答案BC解析從題圖中可知，t1、t3時刻線圈中感應電流達到峰值，磁通量的變化率達到峰值，而磁

21、通量最小，線圈平面與磁感線平行；t2、t4時刻感應電流等于零，磁通量的變化率為零，線圈處于中性面位置，磁通量達到峰值正確答案為B、C.二、非選擇題10如圖7甲所示，矩形線圈匝數(shù)N100匝，ab30cm，ad20cm，勻強磁場的磁感應強度B0.8T，繞軸OO從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動，角速度100rad/s，試求：甲乙圖7(1)穿過線圈的磁通量最大值m為多大？線圈轉(zhuǎn)到什么位置時取得此值？(2)線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大值Em為多大？線圈轉(zhuǎn)到什么位置時取得此值？(3)寫出感應電動勢e隨時間變化的表達式，并在圖乙中作出圖象答案見解析解析(1)當線圈轉(zhuǎn)至與磁感線垂直時，磁通量有最大值mBS0.80.30.2

22、Wb0.048Wb(2)線圈與磁感線平行時，感應電動勢有最大值EmNBS480V(3)感應電動勢的表達式eEmcost480cos (100t) V圖象如圖所示11一個面積為S的單匝矩形線圈abcd在勻強磁場中以其一條邊ab為轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直t0時刻線圈位置如圖8甲所示，線圈中感應電動勢e與時間t的關(guān)系圖象如圖乙所示感應電動勢的最大值和周期可以從圖中讀出則：圖8(1)磁感應強度B多大？(2)畫出t0時刻線圈與磁場間相對位置關(guān)系(3)在t時，線圈平面與磁感應強度方向的夾角多大？答案(1)(2)見解析圖(3)30解析(1)由et圖象可直接讀得Em和T，由EmBS和得B.(2)t0時線圈中感應電動勢為最大值，故該時刻線圈與磁場的位置關(guān)系如圖a或b所示(3)由圖乙可知eEmcostEmcost，當t時，有eEmcosEmcos，即線圈平面與磁感應強度方向的夾角30.16