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2019-2020年高一物理 5.1 交變電流學(xué)案 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.使學(xué)生理解和掌握線框在磁場中的不同位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向的變化。 2.掌握交變電流的變化規(guī)律，會(huì)用e=Emsinωt,解題。 3.自己能分析交變電流Φ-t圖與E-t圖間的關(guān)系。 【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】 一、交流電：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做__________，方向不隨時(shí)間變化的電流稱為______，大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為__________． 二、交變電流的產(chǎn)生： a(b) d(c) B a(b) d(c) B a(b) d(c) B d(c) a(b) B a(b) d(c) B 甲 戊 丁 丙 乙 1．過程分析 特殊位置 甲 乙 丙 丁 戊 B與S的關(guān)系 磁通量Φ的大小 4個(gè)過程中 Φ的變化 電流方向 磁通量Φ的變化率 2．中性面：_______________________________ 磁通量___________ 特點(diǎn) 磁通量的變化率____________ 感應(yīng)電動(dòng)勢e＝________，_______感應(yīng)電流 感應(yīng)電流方向________，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向改變______次 【例1】一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化如圖所示。下面說法中正確的是 （ ） A．t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零 B．t2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 C．t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D．每當(dāng)e轉(zhuǎn)換方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大 【例2】．一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)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(shí)刻，線圈平面與中性面垂直 B．t＝0.01 s時(shí)刻，穿過線圈平面的磁通量的變化率最大 C．t＝0.02 s時(shí)刻，線圈中有最大感應(yīng)電動(dòng)勢 D．t＝0.03 s時(shí)刻，線圈中有最大感應(yīng)電流 3、交變電流的變化規(guī)律： 如圖所示為矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)過程： 　　當(dāng)以線圈通過中性面對為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，交變電流的函數(shù)表達(dá)式：e=Em sinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Im sinωt，其中Im=Em/R。 　　當(dāng)以線圈通過中性面對為計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí)，交變電流的函數(shù)表達(dá)式：e=Em sinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Im sinωt，其中Im=Em/R。 圖5－1－2所示為以線圈通過中性面時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)的交變電流的e－t和i-t圖象： 【例3】 如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T，匝數(shù)n=6的矩形線圈abcd繞中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，線圈的總電阻R=40Ω，試求： （1）感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值，感應(yīng)電流的最大值； （2）設(shè)時(shí)間t=0時(shí)線圈平面與垂直，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式； （3）畫出感應(yīng)電流的瞬時(shí)值i隨ωt變化的圖象； （4）當(dāng)ωt=30時(shí)，穿過線圈的磁通量和線圈中的電流的瞬時(shí)值各是多大？ （5）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過的過程中，感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值是多大？ 三、交變電流 1.定子和轉(zhuǎn)子 2.旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī) 3.旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī) 【隨堂練習(xí)】 1．兩電路中的電流分別為圖a和圖b所示，試判斷a、b是否為交變電流？ t i O b t i O a 2．正弦交變電動(dòng)勢的最大值出現(xiàn)在（ ） A．線圈經(jīng)過中性面時(shí) B．穿過線圈的磁通量為零時(shí) C．穿過線圈的磁通量變化最快時(shí) D．線圈邊框的速度與磁感線垂直時(shí) 3．如圖所示的100匝矩形線框繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為120r/min。ab=cd=0.2m，ad=bc=0.1m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T，試求： （1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值是多少？ （2）感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式； O′ O c d b a B （3）線圈與外電路組成閉合電路時(shí)，總電阻為100Ω，從圖示位置計(jì)時(shí)，求電流的瞬時(shí)表達(dá)式及t=1/12s時(shí)的電流。 （4）從圖示位置轉(zhuǎn)過90和180的過程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢分別為多大？ 【課后作業(yè)】 1、圖5-1-4所示各的電流中不是交流電的是：（AD） 2、如圖5-1-5所示，一線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過圖所示位置時(shí)，（ C ） A.穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小 B.穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大 C.穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大 D.穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小 3、交流發(fā)電機(jī)在工作時(shí)的電動(dòng)勢為e＝Emsinwt，若將其線框的轉(zhuǎn)速提高到原來的兩倍，其他條件不變，則其電動(dòng)勢變?yōu)椋?D ） 　　A.Emsinwt/2 　　B.2Emsinwt/2 　　C.Emsin2wt 　　D.2Emsin2wt 4、如圖5-1-6所示，若線框abcd不閉合，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說法中正確的是（ C ） A.線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，可跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng) B線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，可跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng) C.線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，不跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng) D.線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，不跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng) 5、閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電瞬時(shí)值的表達(dá)式為i=0.2sin100πt，從t＝0到第一次出現(xiàn)通過線圈的磁通量變化率最大值的時(shí)間為（ C） 　A.1/50 s　　　 B.1/100 s　　　C.1/200 s　　　 D1/400 s 6、矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為n，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場的軸OO以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到線圈平面與磁場垂直的圖5-1-7示位置時(shí)（ AD） A.線圈中的電動(dòng)勢為0 B.線圈中的電動(dòng)勢為 C.穿過線圈的磁通量為0 D.線圈不受安培力作用 7、線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的交變電流如圖5-1-8所示，從圖中可知：（ B ） A.在A和C時(shí)刻線圈平面與磁場垂直 B.在B和D時(shí)刻穿過線圈的磁通量最大 C.在A和C時(shí)刻，感應(yīng)電流改變方向 D.若從O時(shí)刻到D時(shí)刻的時(shí)間為0.02s，則在1s內(nèi)交變電流的方向改變50次 8、一矩形線圈，繞與勻強(qiáng)磁場垂直的中心軸OO′按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn).引出線的兩端與互相絕緣的半圓銅環(huán)連接，兩個(gè)半圓環(huán)分別與固定電刷A.B滑動(dòng)接觸，電刷間接有電阻，如圖5-1-9所示，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過電阻的電流：（ C ） A.大小和方向都不斷變化 B.大小和方向都不變 C.大小不斷變化，方向A→R→B D.大小不斷變化，方向從B→R→A 9、一個(gè)交變電流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢為e=200sin100πtV，如果把線圈和一個(gè)阻值為100Ω的電阻組成閉合回路，線圈的電阻可略去不計(jì)，那么，流過電阻的電流瞬時(shí)表達(dá)式為i= A，電阻兩端電壓瞬時(shí)表達(dá)式u= V。 2sin100πt 200sin100πt