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2019-2020年高一物理 5.1 交變電流學案 學習目標： 1.使學生理解和掌握線框在磁場中的不同位置時，感應電動勢的大小和方向的變化。 2.掌握交變電流的變化規(guī)律，會用e=Emsinωt,解題。 3.自己能分析交變電流Φ-t圖與E-t圖間的關系。 【要點導學】 一、交流電：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__________． 二、交變電流的產生： 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的關系 磁通量Φ的大小 4個過程中 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 磁通量的變化率____________ 感應電動勢e＝________，_______感應電流 感應電流方向________，線圈轉動一周，感應電流方向改變______次 【例1】一矩形線圈，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的變化如圖所示。下面說法中正確的是 （ ） 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轉換方向時，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＝0.01 s時刻，穿過線圈平面的磁通量的變化率最大 C．t＝0.02 s時刻，線圈中有最大感應電動勢 D．t＝0.03 s時刻，線圈中有最大感應電流 3、交變電流的變化規(guī)律： 如圖所示為矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動的四個過程： 　　當以線圈通過中性面對為計時起點時，交變電流的函數表達式：e=Em sinωt，其中Em=2NBLv=NBωS；i=Im sinωt，其中Im=Em/R。 　　當以線圈通過中性面對為計時起點時，交變電流的函數表達式：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為計時起點的交變電流的e－t和i-t圖象： 【例3】 如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B=2 T，匝數n=6的矩形線圈abcd繞中心軸OO′勻速轉動，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）感應電動勢的最大值，感應電流的最大值； （2）設時間t=0時線圈平面與垂直，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式； （3）畫出感應電流的瞬時值i隨ωt變化的圖象； （4）當ωt=30時，穿過線圈的磁通量和線圈中的電流的瞬時值各是多大？ （5）線圈從圖示位置轉過的過程中，感應電動勢的平均值是多大？ 三、交變電流 1.定子和轉子 2.旋轉電樞式發(fā)電機 3.旋轉磁極式發(fā)電機 【隨堂練習】 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．正弦交變電動勢的最大值出現在（ ） A．線圈經過中性面時 B．穿過線圈的磁通量為零時 C．穿過線圈的磁通量變化最快時 D．線圈邊框的速度與磁感線垂直時 3．如圖所示的100匝矩形線框繞OO′軸勻速轉動，轉速為120r/min。ab=cd=0.2m，ad=bc=0.1m，磁感應強度B＝1T，試求： （1）線圈中產生的感應電動勢的最大值是多少？ （2）感應電動勢的瞬時表達式； O′ O c d b a B （3）線圈與外電路組成閉合電路時，總電阻為100Ω，從圖示位置計時，求電流的瞬時表達式及t=1/12s時的電流。 （4）從圖示位置轉過90和180的過程中，平均感應電動勢分別為多大？ 【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，一線圈在勻強磁場中勻速轉動，經過圖所示位置時，（ 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)電機在工作時的電動勢為e＝Emsinwt，若將其線框的轉速提高到原來的兩倍，其他條件不變，則其電動勢變?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，當磁鐵轉動時，下列說法中正確的是（ C ） A.線框中產生感應電動勢，可跟隨磁鐵轉動 B線框中不產生感應電動勢，可跟隨磁鐵轉動 C.線框中產生感應電動勢，不跟隨磁鐵轉動 D.線框中不產生感應電動勢，不跟隨磁鐵轉動 5、閉合線圈在勻強磁場中勻速轉動，產生的交流電瞬時值的表達式為i=0.2sin100πt，從t＝0到第一次出現通過線圈的磁通量變化率最大值的時間為（ 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，匝數為n，在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場的軸OO以角速度ω勻速轉動。當轉到線圈平面與磁場垂直的圖5-1-7示位置時（ AD） A.線圈中的電動勢為0 B.線圈中的電動勢為 C.穿過線圈的磁通量為0 D.線圈不受安培力作用 7、線圈在磁場中轉動時產生的交變電流如圖5-1-8所示，從圖中可知：（ B ） A.在A和C時刻線圈平面與磁場垂直 B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量最大 C.在A和C時刻，感應電流改變方向 D.若從O時刻到D時刻的時間為0.02s，則在1s內交變電流的方向改變50次 8、一矩形線圈，繞與勻強磁場垂直的中心軸OO′按順時針方向旋轉.引出線的兩端與互相絕緣的半圓銅環(huán)連接，兩個半圓環(huán)分別與固定電刷A.B滑動接觸，電刷間接有電阻，如圖5-1-9所示，在線圈轉動過程中，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、一個交變電流發(fā)電機產生的電動勢為e=200sin100πtV，如果把線圈和一個阻值為100Ω的電阻組成閉合回路，線圈的電阻可略去不計，那么，流過電阻的電流瞬時表達式為i= A，電阻兩端電壓瞬時表達式u= V。 2sin100πt 200sin100πt