第五章 交变电流 学案 -江苏省扬州市高邮临泽中学2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-2

高邮临泽中学高二物理备课组 交变电流 1/17/2023 交变电流 一、交变电流的产生和变化规律 本节课知识要点 ●1．交变电流的定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流． 注意：方向随时间周期性变化是交流电的最重要特征． ●2．突变电流的产生及特点： (1)平面线圈在匀强磁场中绕垂直于碰感线的轴匀速转动时产生正弦式电流． (2)两个特殊位置的特点分析： ①线圈平面与中性面(线圈平面与匀强磁场磁感线垂直的平面)重合时，磁感线垂直干线圈平面，最大，Δ／Δt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变； ②线圈平面与中性面垂直时：磁感线与线圈平面平行，＝0，Δ／Δt最大，e最大，i最大，电流方向不变． 注意：线圈每转一周经过两次中性面，电流的方向改变两次． ●3．突变电流的变化规律：(推导见课本) 瞬时值表达式：e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt． 注意：上述公式必须从线圈转至中性面开始计时，若从线圈转至平行磁感线开始计时，则表达式为 e＝Emcosωt． 平面矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于碰感线的轴匀速转动时的电动势最大值(峰值)： Em＝n2BL1v＝nBl1l2ω＝nBSω＝nmω． 注意：Em与转轴的所在位置及线圈形状无关． ●4．突变电流的图象： (1)意义：描述变变电流随时间t(或角度ωt)变化的规律． (2)正弦交变电流是正弦(余弦)曲线． (3)实际应用中常见的几种非正弦交变电流．(见课本图17—5乙、丙、丁) 例 如图17—1所示，一个单匝矩形线圈abcd，已知ab为l1，ad为l2，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω(从图中bc位置开始)匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为： A．Bl1l2ωsinωt； B．Bl1l2ωcosωt； C．Bl1l2ωsinωt； D．Bl1l2ωcosωt． 【分析和解答】线圈经过时间t时，转过角度如图17—2，这时ab、cd迫切割磁感线产生感应电动势 Eab＝Bl1vsinθ，Ecd＝Bl1vsinθ． bc、ad边不切割磁感线不产生感应电动势． 故线圈的感应电动势为：E＝Eab＋Ecd＝2Bl1vsinθ ＝2Bl1·l2ωsinωt＝Bl1l2ωsinωt 故正确的选项应是C， 应注意本题中：l1l2＝S(线圈面积)，Bl1l2＝(穿过线圈的最大磁通量)． 故线圈电动势又可表示为E＝BSωsinωt，E＝mωsinωt． 课堂针对训练 (1)如图17—3所示，属于交变电流的是： (2)关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是： A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变； B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次； C．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次； D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次． (3)线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图17—4所示，从图可知： 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为零； C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π； D．若从O时刻到D时刻经过0.025，则在1s内交变电流的方向改变100次． (4)闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240r／min，若线圈平面转至与磁场平行时的电动势为2V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势表达式为 e＝________V，电动势的峰值为________V，从中性面起经1／48s，交流电动势的大小为________V． (5)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴匀速转动时产生的交流电动势为：e＝Emsinωt伏，当线圈的匝数增加一倍，转速也增大一倍，其他条件不变时，则交流电动势为： A．e＝2Emsin2ωt； B．e＝4Emsin4ωt； C．e＝Emsin2ωt； D．e＝4Emsin2ωt． (6)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为／min，在转动过程中穿过线圈磁通量的最大值为0.03Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面与中性面夹角为π／3时，感应电动势为多少？ 滚动训练 (7)如图17—5所示，在匀强磁场中放置一平行光滑金属导轨(电阻不计)，且与大螺线管M相接，磁场方向竖直向下，在M螺线管内同轴放置一小螺线管N，N中通有正弦交流电i＝Imsint．t＝0时刻电流为零，则M中的感应电流的大小及跨放于平行导轨上的导体棒ab的运动情况为：(不考虑导体ab在匀强磁场中移动产生的感应电动势) A．t＝T／4时刻M中电流值达最大； B．t＝T／2时刻M中电流值达最大； C．导体棒ab将在导轨上来回振动； D．导体棒ab将一直向右方(或左方)