3.1.2交变电流 导学案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

题目 3.1交变电流 课型 习题课 主备人 学习目标 1.理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2.掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 基础知识 1．正弦交变电动势瞬时值的表达式 (1)从中性面位置开始计时，e＝ ； (2)从与中性面垂直的位置开始计时，e＝ 。 2．正弦式交变电流电动势的峰值表达式Em＝ 。 3．正弦式交变电流的图像 用以描述交变电流随时间变化的规律。如果线圈从中性面位置开始计时，其图像为正弦曲线，如图甲所示；如果线圈从与中性面垂直的位置开始计时，其图像为余弦曲线，如图乙所示。 例题剖析 11．(科技情境命题)如图甲所示为一手摇发电机，其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO′匀速转动，产生随时间变化的感应电动势。 已知矩形线圈abcd的匝数为N，边长ab＝cd＝L1，bc＝ad＝L2。线圈所在处磁感应强度大小为B。线圈的角速度为ω。当线圈转动到图乙中立体图所示位置时，其平面与磁场方向平行。 (1)求线圈转动到图乙中立体图位置时，ab边切割磁感线产生的感应电动势大小并判断a、b两端电势的高低； (2)从线圈处于图乙中立体图位置开始计时，t时刻线圈转至图乙中截面图中虚线所示位置，试推导t时刻线圈产生的感应电动势大小e＝NBL1L2ωcosωt。 课堂小结 随堂检测 一、单项选择题 1．(2021·山东日照月考)如图所示为演示交变电流产生过程的装置图，关于这个实验，正确的说法是( ) A．线圈从任意位置转过180°的过程，穿过线圈的磁通量变化量一定为零 B．图示线圈所处位置为中性面，线圈中无感应电流 C．图示位置ab边中的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 2．如图所示，在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕OO′轴匀速转动，若要使线圈中的电流峰值减半，不可行的方法是( ) A．只将线圈的转速减半 B．只将线圈的匝数减半 C．只将匀强磁场的磁感应强度减半 D．只将线圈的边长减半 3．(2021·湖南衡阳月考)如图甲所示为一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按图乙所示的正弦规律变化。发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω(恒定不变)，电表均为理想交流电表，则下列说法中正确的是( ) A．在t＝0.5×10－2 s时刻，线圈处于中性面 B．在t＝0时刻，线圈中的磁通量为零 C．在t＝1.0×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量最大 D．在t＝1.0×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大 4．为了研究交流的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时，此时产生的交变电流如图乙所示。第二次他仅将转轴移至 ab边上，第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图像，下列说法正确的是( ) A．第二次是A图 B．第二次是C图 C．第三次是B图 D．第三次是D图 5．(2021·广东广州月考)如图甲所示，一单匝矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场方向间的夹角θ＝45°时(如图乙所示)为计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为正。则下图所示的四幅图中正确的是( ) 二、多项选择题 6．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 7．如图甲所示，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，线圈中产生的交变电流按照如图乙所示的余弦规律变化，在t＝时刻( ) A．线圈中的电流为零 B．穿过线圈的磁通量最大 C．线圈所受的安培力为零 D．穿过线圈磁通量的变化率最大 三、非选择题 8．(2021·广西南宁月考)如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω。 (1)求转动过程中线圈中感应电动势的最大值； (2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，求感应电动