2019-2020学年粤教版高中物理选修3-2（课件+教师用书+课时分层作业）：第2章 第2节　交变电流的描述 (3份打包)

第二节　交变电流的描述 [学习目标]　1.能应用楞次定律和法拉第电磁感应定律推导出正弦式电流的表达式．(难点)2.理解正弦式电流的函数表达式，并能利用交变电流的规律解决实际问题．(重点)3.理解正弦式电流的图象及应用．(重点) 一、用函数表达式描述交变电流 1．线圈绕着垂直于磁场的轴匀速转动时，产生感应电动势． 瞬时值：e＝Emsin_ωt.(从中性面开始计时) 峰值：Em＝NBSω. 2．线圈和电阻组成闭合电路，电路中的电流． 瞬时值：i＝Imsin ωt. 峰值：Im＝. 3．闭合电路的路端电压的瞬时值． u＝Umsin ωt. 二、用图象描述交变电流 1．物理意义：描述交变电流(电动势e、电流i、电压u)随时间t(或角度ωt)变化的规律． 2．正弦式交变电流的图象(如图所示) 3．几种不同类型的交变电流(如图所示) 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)线圈只要在匀强磁场中匀速转动就能产生正弦式交变电流．(×) (2)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关．(×) (3)交流电的电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt时，穿过线圈磁通量的瞬时值表达式Φ＝Φmcos ωt.(√) (4)交变电流的图象均为正弦函数图象或余弦函数图象．(×) (5)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，感应电动势的图象、感应电流的图象形状是完全一致的．(√) 2．交流发电机工作时电动势为e＝Emsin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为 (　　) A．e′＝Emsin B．e′＝2Emsin C．e′＝Emsin 2ωt D．e′＝sin 2ωt C　[感应电动势的瞬时值表达式e＝Emsin ωt，而Em＝nBωS，当ω加倍而S减半时，Em不变，故选项C正确．] 3．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图可知(　　) A．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A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度 D．在A和C时刻磁通量变化率的绝对值最大 D　[当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，B、D两时刻线圈位于中性面，B错误；当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，A、C时刻线圈平面与磁感线平行，A错误，D正确；从A时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度，C错误．] 交变电流的变化规律 1.导体切割磁感线过程分析的程序 若线圈平面从中性面开始转动，如图，则经过时间t： 2．正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式是 e＝NBSωsin ωt. 3．峰值：Em＝NBSω＝NΦmω. 4．三点说明 (1)不仅矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时产生正弦式交变电流，其他形状的线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时，产生的交变电流也是正弦式交变电流． (2)线圈开始的位置不同时，只是正弦式交变电流表达式中正弦函数的角度不同，峰值和函数形式不变． (3)正弦式交变电流电动势的峰值Em＝NBSω由线圈的匝数N、磁感应强度B、线圈的面积S及其转动的角速度ω确定． 【例1】　如图所示，一半径为r＝10 cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600 r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时． (1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式； (2)求线圈从图示位置开始在 s时的电动势的瞬时值； (3)求线圈从图示位置开始在 s时间内的电动势的平均值． 思路点拨：①由E＝NBSω求峰值，线圈从中性面计时产生的交变电流为正弦式．②由瞬时值表达式可求求平均值． s时的瞬时值．③由E＝N [解析]　(1)n＝600 r/min＝10 r/s ω＝2πn＝20π rad/s Em＝NBSω＝100 V 线圈从中性面开始计时，故电动势的瞬时表达式为 e＝100sin 20πt(V)． (2)当t＝ V.) V＝50 s时，e＝100sin(20π× (3)线圈在 rad s内转过的角度θ＝ωt＝ ΔΦ＝BS(1－cos θ)＝×10－2 Wb V≈47.8 V.＝100×＝N [答案]　(1)e＝100sin 20πt(V)　(2)50 V　 (3)47.8 V 求解交变电动势瞬时值表达式的基本方法 (1)确定线圈转动从哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化． (2)确定线圈转动的角速度． (3)确定感应电动势的峰值Em＝NBSω. (4)写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt. 训练角度1：交变