高中物理-交变电流.doc

第

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交变电流

学案1交变电流

一、交变电流

[问题设计]

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？

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？

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．大小和方向随时间作周期性变化的电流叫交变电流，简称交流电．

2．方向不随时间变化的电流称为直流．

大小、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方向是否变化．

二、正弦交变电流的产生和表述

[问题设计]

如图2所示是线圈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ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，线圈转动角速度为ω，则：

图2

(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？

(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？

(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(1)甲：eAB＝0

乙：eAB＝BL1vsinωt＝BL1·eq\f(L2ω,2)sinωt

＝eq\f(1,2)BL1L2ωsinωt＝eq\f(1,2)BSω·sinωt

丙：eAB＝BL1v＝BL1·eq\f(ωL2,2)＝eq\f(1,2)BL1L2ω＝eq\f(1,2)BSω

(2)整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生，且eAB＝eCD，所以

甲：e＝0

乙：e＝eAB＋eCD＝BSω·sinωt

丙：e＝BSω

(3)若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以

甲：e＝0

乙：e＝NBSωsinωt

丙：e＝NBSω

[要点提炼]

1．正弦交变电流的产生

将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动．

2．正弦交变电动势瞬时值表达式

(1)当从中性面开始计时：e＝Emsin_ωt；

(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcos_ωt.

3．正弦交变电动势的峰值表达式

Em＝NSBω

与线圈的形状及转动轴的位置无关．(填“有关”或“无关”)

4．两个特殊位置

(1)中性面：线圈平面与磁场垂直．

Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)为0，e为0，i为0.(填“0”或“最大”)

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．

(2)垂直中性面：线圈平面与磁场平行．

Φ为0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．(填“0”或“最大”)

5．正弦交变电流的图像及应用

或

从图像中可以解读到以下信息：

(1)交变电流的周期T、峰值Im.

(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；也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻．

(3)判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率eq\f(ΔΦ,Δt)最大、最小的时刻．

(4)分析判断i的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()

答案C

二、正弦交变电流的产生

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

答案CD

三、交变电流的规律

例3有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，求：

图3

(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．

答案(1)6.28V6.28A(2)e＝6.28sin(10πt)V

(3)3.14V

四、交变电流的图像

例4线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生的交变电流的图像如图4所示，由图中信息可以判断()

图4

A．在A和C时刻线圈处于中性面位置