1、2.1 认识交变电流、2.2 交变电流的描述 学案（粤教版选 修 3-2） 1强弱和方向都不随时间改变的电流叫做_电流，简称_；强弱和方向 都随时间作周期性变化的电流叫做_电流，简称交流 2交变电流是由_发电机产生的当线圈在_磁场中绕 _的轴匀速转动时，产生交变电流线圈平面跟磁感线_ _时 ，线圈 所处的这个位置叫做中性面，线圈平面每经过一次中性面，线圈中感应电流的方向就 _ 3交流发电机的线圈在磁场中匀速转动，感应电动势 e 的变化规律为_ 若把线圈和电阻 R连成闭合电路，设总电阻为 R，则电路中电流的瞬时值 i_，电阻 R上的电压瞬时值 u_. 4家庭电路中的交变电流是_电流，它是一种最_
2、、最_的交变 电流 5(双选) 下图所示的 4 种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有 ( ) 6下列各图中，哪些情况线圈中不能产生交流电( ) 7矩形线圈在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是( ) A在中性面时，通过线圈的磁通量最大 B在中性面时，感应电动势最大 C穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 D穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零 【概念规律练】 知识点一 交变电流的产生 1一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( ) A线圈平面与磁感线方向平行 B通过线圈的磁通量达到最大值 C通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D线圈中的电动势达
3、到最大值 2如图 1 所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( ) 图 1 A线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C图示位置 ab 边的感应电流方向为 ab D线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 知识点二 用函数表达式描述交变电流 3闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为 240 r/min，若线圈平面转至与磁场方向 平行时的电动势为 2 V，则从中性面开始计时 ，所产生的交流电动势的表达式为 e_ V，电动势的峰值为_ V，从中性面起经 s，交流电动势的大小为 148 _ V. 4有一个 10 匝正方形线框，边长为 20 cm，线
4、框总电阻为 1 ，线框绕 OO轴以 10 rad/s 的角速度匀速转动，如图 2 所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度 为 0.5 T问 ： 图 2 (1) 该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？ ( 2)线框从图示位置转过 60时，感应电动势的瞬时值是多大？ (3)写出感应电动势随时间变化的表达式 知识点三 用图象描述交变电流 5处在匀强磁场中的矩形线圈 abcd，以恒定的角速度绕 ab 边转动，磁场方向平行于 纸面并与 ab 垂直。在 t=0 时刻，线圈平面与纸面重合( 如图 2 所示)，线圈的 cd 边离开纸面 向外运动。若规定由 a b c d a 方向的感
5、应电流为正，则能反映线圈中感应电流 I 随 时间 t 变化的图线是 ( ) 6矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动线圈中的感应电动 势 e 随时间 t 的变化如图 4 所示下面说法中正确的是( ) 图 4 At 1 时刻通过线圈的磁通量为零 Bt 2 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 Ct 3 时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D每当 e 变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大 【方法技巧练】 瞬时值、平均值的计算方法 7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 10 r/min，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为 0.03 W
6、b，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 时，感应电动势为多少？ 3 8如图 5 所示，匝数为 n，面积为 S 的矩形线圈在匀强磁场 B 中匀速转动，角速度为 ，求线圈从图示位置转过 180时间内的平均感应电动势 图 5 参考答案 课前预习练 1恒定 直流 交变 2 交流 匀强 垂直于磁感线 垂直 改变一次 3eE msin t sin t sin t EmR R EmR 4正弦式 简单 基本 5CD 恒定电流是强弱和方向都不随时间改变，交变电流是强弱和方向都随时间改 变，正弦式交变电流是按正弦规律变化的交变电流，图象中数值的正、负表示电流方 向A 选项中
7、电流数值总为正，表示电流方向不变，是恒定电流B 选项中图象虽为正弦， 但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是恒定电流C、D 选项中电流强度和方向都随时间作周期性变化，是交变电流因此，是交变电流的只有 C 和 D，是正弦式交变电流的只有 D. 6A A 中线圈中的磁通量始终是零，故无感应电流产生；B、C、D 中都是线圈在匀 强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，故能产生交流电 7A 中性面和磁场方向垂直，通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零 课堂探究练 1B 中性面是穿过线圈的磁通量最大的位置，也是磁通量变化率为零的位置，在该 位置上穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零
8、，无感应电流 点评 磁通量大不代表 磁通量的变化率大，线圈通过中性面时不切割磁感线，表明此 时磁通量不变 2C 线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过 中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针 左右摆动一次，故 A 错；线圈处于图示位置时， ab 边向右运动，由右手定则， ab 边的感 应电流方向为 a b，故 C 对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd 边垂直切割磁感线， 线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但 磁通量的变化率最大，B、D 错误。 点评 (1)线圈平面垂直于磁感线时，
9、线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面线 圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应 电流方向改变两次 (2)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零( 即各边都不切 割)，所以感应电动势为零 32sin 8t 2 1 解析 当线圈平面与磁场平行时(S/B)，感应电动势最大，即 Em2 V，2n2 rad/s8 rad/s，则从中性面开始计时，瞬时值表达式：eE msin t2sin 8t V，当 24060 t s 时，e 2sin(8 ) V1 V. 148 148 点评 当闭合线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时时产生正弦
10、式交 流电，电动势的表达式 eE msin t，E m为最大值即线圈平面与磁场方向平行时的瞬时值， 为转动角速度 4(1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V (3)e6.28sin 10t V 解析 (1)交变电流电动势的最大值为 EmnBS100.50.2 210 V6.28 V， 电流的最大值为 ImE m/R A6.28 A . 6.281 (2)线框转过 60时，感应电动势 eE msin 605.44 V. (3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以电动势的瞬时值表达式为 eE msin t 6.28sin 10t V. 点评 (1)电动势最大值 EmnBS (2)当计
11、时起点为中性面位置时电动势的表达式为 eE msin t 当计时起点为线圈平面与磁场方向平行时，电动势的表达式为 eE mcos t. 5C 线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的 交流电对于图示起始时刻，线圈的 cd 边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直， 产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向 相同所以 C 对 点评 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变 化的交流电其中“线圈”无特殊要求，即矩形线圈、圆形线圈等其他形状都可， “绕某一 轴匀速转动” ，只要求此轴垂直于磁场方向，没有
12、其他限制条件 6D t 1、t 3 时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最 大，磁通量的变化率为零，A、C 错误；t 2 时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂面位 置，穿过线圈的磁通量为零，B 错误；由于线圈每过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的 绝对值最大，e 变换方向，所以 D 正确 点评 当感应电动势最大时，磁通量的变化率最大，磁通量却最小 71 V V 32 解析 由题意知： m0.03 Wb 2n 2 rad/s rad/s. 10 160 13 线圈转至与磁感线平行时，感应电动势最大，故 EmNBSN m1000.03 V1 V 13 瞬时值表达式 eE m
13、sin tsin V t3 当 t 时，esin V V. 3 3 32 方法总结 (1)要记住两个特殊位置感应电动势的瞬时值，即中性面位置 e0；线圈平 面与磁感线平行的位置 eE mnBS. (2)确定线圈从哪个位置开始计时的，从而确定电动势的瞬时值表达式是正弦形式还是 余弦形式 8. nBS 2 解析 由楞次定律可判断线圈从图示位置转过 180时间内，线圈中的平均感应电动势 E0.磁通量是没有方向的标量，但却有正负如果我们规定磁感线从线圈的一侧穿入另一 侧，穿出磁通量为正，那么从另一侧穿入这一侧穿出时，磁通量就为负了设线圈转过 180时， 穿过它的磁通量 BS，那么图示位置时穿过它的磁通量 BS.由法拉第 电磁感应定律得： n n n nBS.E t 12T BS BS122 2 方法总结 平均感应电动势不 等于始、末两瞬时电动势值的平均值，必须用法拉第电 磁感应定律计算即 n .E t
