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文檔簡介
1、5.1交變電流學案(人教版選修3-2 ) 1交變電流學案 .大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫做 ,方向不隨時間變化的電流稱為 ,大小和 方向都不隨時間變化的電流稱為 . .線圈在 磁場中繞 的軸勻速轉動 時,產生交變電流,此交變電流按正弦規律變化叫做 電流,其電動勢的瞬時值表達式為e = ,其中E=. .下列各圖中,哪些情況線圈中能產生交流電 .下圖所示的4種電流隨時間變化的圖中,屬于交變電 流的有 .矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉 動,下列說法中正確的是 A. 在中性面時,通過線圈的磁通量最大 B. 在中性面時,感應電動勢最大 c .穿過線圈的磁通量為零時,感應電動勢也
2、為零 D.穿過線圈的磁通量為零時,磁通量的變化率也為零 【概念規律練】 知識點一交變電流的產生 .如圖1所示為演示交變電流產生的裝置圖,關于這個 實驗,正確的說法是 圖1 A. 線圈每轉動一周,指針左右擺動兩次 B. 圖示位置為中性面,線圈中無感應電流 c .圖示位置ab邊的感應電流方向為b D.線圈平面與磁場方向平行時,磁通量變化率為零 .處在勻強磁場中的矩形線圈abed,以恒定的角速度繞 ab邊轉動,磁場方向平行于紙面并與ab垂直。在t=0時刻, 線圈平面與紙面重合,線圈的ed邊離開紙面向外運動。若 規定由eta方向的感應電流為正,則能反映線圈 中感應電流I隨時間t變化的圖線是知識點二交變
3、電流的 變化規律 .閉合線圈在勻強磁場中勻速轉動,轉速為240r/in , 若線圈平面轉至與磁場方向平行時的電動勢為2V,則從中性 面開始計時,所產生的交流電動勢的表達式為e = V電動勢的峰值為 V從中性面起經 148s, 交流電動勢的大小為V. .有一個10匝正方形線框,邊長為 20c,線框總電阻為 1Q,線框繞00軸以10 n rad/s的角速度勻速轉動,如圖 3所示,垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為 0.5T .問: 圖3 該線框產生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分別 是多少? 線框從圖示位置轉過 60時,感應電動勢的瞬時值是多 大? 寫出感應電動勢隨時間變化的表達式.
4、【方法技巧練】 一、瞬時值、平均值的計算方法 .矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸轉 動,線圈共100匝,轉速為10 n r/in,在轉動過程中穿過線 圈的磁通量的最大值為0.03b,則線圈平面轉到與磁感線平 行時,感應電動勢為多少?當線圈平面與中性面夾角為n 3 時,感應電動勢為多少? .如圖4所示,匝數為n,面積為S的矩形線圈在勻強 磁場B中勻速轉動,角速度為 3,求線圈從圖示位置轉過 180 時間內的平均感應電動勢. 圖4 二、交變電流圖象的應用 .矩形線圈,繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內的固 定軸轉動.線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖5所 示.下面說法中正確的是 圖5
5、A. t1時刻通過線圈的磁通量為零 B. t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 c. t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D.每當e變換方向時,通過線圈的磁通量絕對值都為 最大 .一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉 動,穿過線圈的磁通量隨時間的變化圖象如圖6所示,則下 列說法中,正確的是 圖6 A. t = 0時刻,線圈平面與中性面垂直 B. t = 0.01s時刻,穿過線圈平面的磁通量的變化率最 大 c. t = 0.02s時刻,線圈中有最大感應電動勢 D. t = 0.03s時刻,線圈中有最大感應電流 參考答案 課前預習練 .交變電流直流恒定電流 .勻強 垂直于磁感線正
6、弦式交變Esin 31 nBSw .BcD A中線圈中的磁通量始終是零,故無感應電流 產生;B、c、D中都是線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的 軸勻速轉動,故能產生交流電,則 B、c、D正確. .cD 恒定電流是強弱和方向都不隨時間改變,交變 電流是強弱和方向都隨時間改變,正弦式交變電流是按正弦 規律變化的交變電流,圖象中數值的正、負表示電流方向.A 選項中電流數值總為正, 表示電流方向不變, 是恒定電流.B 選項中圖象雖為正弦,但由于電流總是正值,表示電流方向 不變,電流大小隨時間變化,也是恒定電流.c、D選項中電 流強度和方向都隨時間做周期性變化,是交變電流.因此, 是交變電流的只有 c和D
7、,是正弦式交變電流的只有 D. .A 中性面和磁場垂直,磁通量最大,磁通量的變化 率為零. 課堂探究練 .c 線圈在磁場中勻速轉動時,在電路中產生呈周期 性變化的交變電流,線圈經過中性面時電流改變方向,線圈 每轉動一周,有兩次通過中性面,電流方向改變兩次,指針 左右擺動一次,故 A錯;線圈處于圖示位置時,ab邊向右運 動,由右手定則,ab邊的感應電流方向為b,故c對; 線圈平面與磁場方向平行時,ab、cd邊垂直切割磁感線,線 圈產生的電動勢最大,也可以這樣認為,線圈平面與磁場方 向平行時,磁通量為零,但磁通量的變化率最大,B、D錯誤。 點評 線圈平面垂直于磁感線時,線圈中的感應電流 為零,這一
8、位置叫中性面.線圈平面經過中性面時,電流方 向就發生改變.線圈繞軸轉一周經過中性面兩次,因此感應 電流方向改變兩次. 線圈經過中性面時,穿過線圈的磁通量最大,但磁通 量的變化率為零,所以感應電動勢為零. .c 線圈在磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動 時,可以產生按正弦規律變化的交流電.對于圖示起始時刻, 線圈的cd邊離開紙面向紙外運動,速度方向和磁場方向垂 直,產生的電動勢的瞬時值最大;用右手定則判斷出電流方 向為逆時針方向,與規定的正方向相同.所以c對. 點評 線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速 轉動時,可以產生按正弦規律變化的交流電.其中“線圈” 無特殊要求,即矩形線圈、圓形線圈等
9、其他形狀都可,“繞 某一軸勻速轉動”,只要求此軸垂直于磁場方向,沒有其他 限制條件. .2sin8 n t 21 解析當線圈平面與磁場平行時,感應電動勢最大,即 E= 2V, 3 = 2 n n = 2 n X 24060= 8 n rad/s,則從中性面開 始計時,瞬時值表達式:e= Esin 3 t = 2sin8 n tV,當t = 148s 時,e = 2sinV = 1V. 點評當閉合線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉動,且從中 性面開始計時時產生正弦式交流電電動勢的表達式e= Esin 3 t , E為最大值即當線圈平面與磁場方向平行時的瞬時值, 3為轉動角速度. .6.28V6.28A5
10、.44V e = 6.28sin10 n tV 解析 交變電流電動勢最大值為 E= nBS = 10X 0.5 X 0.22 X 10 n V= 6.28V , 電流的最大值為 I = E/R = 6.281A = 6.28A. 線框轉過60時,感應電動勢 e = Esin60 = 5.44V. 由于線框轉動是從中性面開始計時的,所以瞬時值表達 式為 e= Esin 3 t = 6.28sin10 n tV. 點評 電動勢最大值 E= nBSw . 當計時起點為中性面位置時表達式為e= Esin 3 t 當計時起點為線圈平面與磁場方向平行時,表達式為e =Ecos 3 t. .1V 32V 解
11、析由題意知:二0.03b 3 = 2n n = 2 n X 10 n X 160rad/s = 13rad/s. 線圈轉至與磁感線平行時,感應電動勢最大,故 E= NBSw = N 3 = 100 X 0.03 X 13V= 1V:高.考.資. 源.網 瞬時值表達式 e= Esin 3 t = sint3V 當 9=3 t =n 3 時,e= sin n 3V= 32V. 方法總結要記住兩個特殊位置感應電動勢的瞬時 值,即中性面位置 e= 0;線圈平面與磁感線平行的位置e = E= nBSw . 確定線圈從哪個位置開始計時的,從而確定電動勢的 瞬時值表達式是正弦形式還是余弦形式. 2 n nB
12、S 解析 由楞次定律可判斷線圈從圖示位置轉過180 時 間內,線圈中的平均感應電動勢Ez0.磁通量是沒有方向的 標量,但卻有正負.如果我們規定磁感線從線圈的一側穿入 另一側,穿出磁通量為正,那么從另一側穿入這一側穿出時, 磁通量就為負了.設線圈轉過180時,穿過它的磁通量 =BS,那么圖示位置時穿過它的磁通量二一BS.由法拉第 電磁感應定律得: E= n t = n12T= nBSB BS 12 X 2n 3= 2 n nBS . 方法總結 平均感應電動勢不等于始、末兩瞬時電動勢 值的平均值,必須用法拉第電磁感應定律計算即E= n t. .D t1、t3時刻感應電動勢為零,線圈位于中性面位 置,所以穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,A、 c錯誤;t2時刻感應電動勢最大,線圈位于中性面的垂面位 置,穿過線圈的磁通量為零,B錯誤;由于線圈每過一次中 性面時,穿過線圈的磁通量的絕對值最大,e變換方向,所 以D正確. 方法總結當感應電動勢最大時,磁通量的變化率最 大,磁通量卻最小. .ABcD 由題意
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