专题5.1+交变电流-2017-2018学年高二物理人教版（选修3-2）+Word版含解析.doc

第五章 交变电流 第1节 交变电流 一、交变电流 1．交变电流 ____________和_____都随时间做周期性变化的电流。如图（a）、（b）、（c）、（d）所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图（a）所示。 2．直流：_____不随时间变化的电流。 3．图象特点 （1）恒定电流的图象是一条与时间轴_____的直线。 （2）交变电流的图象随_____做周期性变化。 二、交变电流的产生 1．产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕_____磁场的轴匀速转动。 2．产生过程 3．中性面：线圈平面与磁场_____的位置。 4．中性面、中性面的垂直位置的特性比较 中性面 中性面的垂直位置 图示 含义 线圈平面与磁场方向____ 线圈平面与磁场方向____ 磁通量 _____ 0 磁通量的变化率 0 _____ 感应电动势 0 最大（nBSω） 电流方向 发生变化 方向不变 三、交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流 （1）定义：按正弦规律变化的交变电流，简称正弦式电流。 （2）函数和图象 函数 图象 瞬时电动势： e=Emsin ωt 瞬时电压： u=Umsin?ωt 瞬时电流： i=Imsin?ωt 特别提醒：表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。 2．其他交变电流 大小 方向 方向 平行 时间 垂直于 垂直 最大（BS） 垂直 水平 最大 正弦 一、交变电流的产生 1．产生条件：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2．交变电流的方向 （1）线圈每经过中性面一次，线圈中感应电流就要改变方向。 （2）线圈转一周，感应电流方向改变两次。 3．线圈处于中性面位置时的特点，磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；当线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大。 【例题1】如图所示，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ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内 A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小 参考答案：AD 二、交变电流的变化规律 1．瞬时值表达式的推导 若线圈平面从中性面开始转动，如图，则经时间t： 特别提醒：若线圈从中性面开始计时，e=Emsin ωt。若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e=Emcos ωt，所用瞬时值表达式与开始计时的位置有关。 2．峰值表达式 由e=nBSωsin ωt可知，电动势的峰值Em=nBSω=nΦmω，与线圈的形状及转轴位置无关。 【例题2】有一个10匝的正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图所示。垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T。以线框转至图中位置时开始计时。 （1）该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少？ （2）写出感应电动势随时间变化的表达式。 （3）线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多少？ 【归纳总结】 确定正弦式交变电流瞬时值表达式的方法： （1）明确线圈在什么位置时开始计时，以确定瞬时值表达式正弦函数的初相位（零时刻的相位）； （2）确定线圈的匝数、线圈的面积、角速度等物理量； （3）由Em=nBSω求出感应电动势的最大值； （4）根据e=Emsin ωt写出正弦式交变电流的表达式。 三、正弦交变电流图象的认识和应用 1．对交变电流图象的认识 如图所示，正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线。 2．交变电流图象的应用 从图象中可以解读到以下信息： （1）交变电流的最大值Im、Em、周期T； （2）因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻； （3）找出线圈平行于磁感线的时刻； （4）判断线圈中磁通量的变化情况； （5）分析判断e、i、u随时间的变化规律。 【例题3】如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1=20 cm，ad边长l2=25 cm，放在磁感应强度B=0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以ω=2πn=100π rad/s角速度匀速转动，线圈电阻r=1 Ω，外电路电阻R=9 Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。求： （1