资源简介

第一节　认识交变电流
[学习目标]
1.通过学习,知道交变电流的特点,并通过观察实验,明确交变电流大小和方向的特点,提高科学探究能力.
2.知道正弦式交变电流模型,学习用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小规律的过程,体会建立模型与推理分析的思维方法.
3.通过对发电机发电过程的分析,理解中性面、峰值及瞬时值等,明确正弦式交变电流方向和大小在特殊位置的变化情况.(重点)
知识点一　观察交变电流的图像
情境导学
用示波器可以观察交流电源的图像.现在用6 V或3 V的低压交变电压给小灯泡供电,把小灯泡的两端接入示波器的输入端,观察示波器显示的波形图.则显示出来的波形图是什么形状 请画出大致波形.
提示:正弦(余弦)曲线.波形如图所示.
知识整合
1.直流
方向不随时间改变的电流.
2.恒定电流
强弱和方向都不随时间变化的电流.
3.交变电流
强弱和方向随时间做周期性变化的电流,称为交变电流,简称交流(AC).
4.波形图
通过示波器将电信号转化为看得见的图像.电流或电压随时间变化的图像称为交变电流的波形图.
我们日常生活和生产中所使用的交变电流就是按正弦规律变化的.
5.对交流电的理解
(1)只要方向随时间周期性变化,就是交变电流,跟大小无关.
(2)只要方向不随时间变化的电流就是直流电流,分类如图所示.
[例1] (认识交变电流的图像)下列关于电流i随时间t变化的图像中,不表示交变电流的是(　　)
[A] 　 　 [B]
[C] 　　 [D]
【答案】 A
【解析】 A图中电流大小发生周期性变化,但方向保持不变,所以不是交变电流,A正确;B、C、D图中电流大小、方向均发生周期性变化,均是交变电流,B、C、D错误.
知识点二　交变电流的产生
情境导学
假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动,如图所示,则:
(1)线圈转动一周的过程中,线圈中的电流方向如何变化
(2)线圈转动过程中,当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置
提示:(1)
转动过程 电流方向
甲→乙 B→A→D→C
乙→丙 B→A→D→C
丙→丁 A→B→C→D
丁→甲 A→B→C→D
(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大,此时线圈所处的平面称为峰值面.线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小,为0,此时线圈所处的平面称为中性面.
知识整合
1.交流发电机原理图
(1)结构:交变电流是由交流发电机产生的,交流发电机最基本的结构是线圈和磁极,线圈可绕中心轴转动.
(2)能量转化:交流发电机的工作过程是将机械能转化为电能和回路中内能的过程.
2.交变电流的产生
(1)产生条件:在匀强磁场中,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.
(2)过程分析.
三维图
二维图 　　　　 甲 乙 丙 丁 戊
B与S位置关系 垂直 平行 垂直 平行 垂直
磁通量 最大 0 最大 0 最大
感应 电动势 0 最大 0 最大 0
电流方向 abcd dcba
3.中性面
(1)定义:线圈平面与磁感线垂直的位置.
(2)交变电流方向的改变:线圈每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,而线圈每转动一周要经过两次中性面,感应电流的方向改变两次.
4.交变电流产生过程中的两个特殊位置
图示
位置 中性面位置 与中性面垂直的位置
特点 B⊥S B∥S
Φ=BS,最大 Φ=0,最小
e=n=0,最小 e=n=nBSω,最大
感应电流为0, 方向改变 感应电流最大, 方向不变
易错辨析
(1)线圈转动一周经过中性面两次,每转一周电流方向改变一次.(　×　)
(2)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时,磁通量变化得越快,感应电动势越大.(　√　)
(3)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的电流是交变电流.(　√　)
(4)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时,当线圈中的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大.(　×　)
[例2] (对中性面的理解)(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流,下列说法正确的是(　　)
[A] 当线框位于中性面时,线框中感应电动势最大
[B] 当穿过线框的磁通量为0时,线框中的感应电动势也为0
[C] 当线框经过中性面时,感应电流的方向就改变一次
[D] 线框经过中性面时,各边切割磁感线的速度为0
【答案】 CD
【解析】 线框位于中性面时,线框平面与磁感线垂直,穿过线框的磁通量最大,但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行,即切割磁感线的速度为0,所以感应电动势等于0,即此时穿过线框的磁通量的变化率等于0,感应电流的方向在此时刻改变,故A错误,C、D正确;线框垂直于中性面时,穿过线框的磁通量为0,但切割磁感线的两边都是垂直切割,有效切割速率最大,所以感应电动势最大,故B错误.
[例3] (交流发电机过程分析)交流发电机的发电示意图如图所示,线圈转动过程中,下列说法正确的是(　　)
[A] 转到图甲位置时,通过线圈的磁通量变化率最大
[B] 转到图乙位置时,线圈中产生的感应电动势为零
[C] 转到图丙位置时,线圈中产生的感应电流最大
[D] 转到图丁位置时,AB边感应电流方向为A→B
【答案】 D
【解析】 转到题图甲位置时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率为0,A错误;转到题图乙位置时,线圈产生的感应电动势最大,B错误;转到题图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,C错误;转到题图丁位置时,根据楞次定律可知AB边感应电流方向为A→B,D正确.
知识点三　用公式描述交变电流
情境导学
交流发电机线圈截面的示意图如图所示.标有a的小圆圈表示线圈ab边的横截面,标有 d 的小圆圈表示线圈 cd 边的横截面.设ab边的长度为l,ad 边的长度为 l′,匀强磁场的磁感应强度为B.线圈平面从中性面开始,以ad边的中点O和bc边的中点O′的连线OO′为轴,以角速度 ω 转动,经过时间 t 后转到图示位置.根据上述信息,探究问题:
(1)线圈与中性面的夹角为多大 ab 边的线速度与磁场方向的夹角为多大
(2)ab 边的线速度为多大 ab 边产生的感应电动势为多大
(3)cd 边产生的感应电动势与ab 边产生的感应电动势大小和方向是什么关系
(4)线圈中的感应电动势为多大 若线圈为n匝呢
提示:(1)ωt;ωt.
(2)v=ω·;如图所示,eab=Blvsin ωt=Bll′ωsin ωt.
(3)大小相等,方向相同.
(4)e=eab+ecd=2eab=2×Bll′ωsin ωt=Bll′ωsin ωt=BSωsin ωt;线圈为n匝时,e=nBSωsin ωt.
知识整合
1.正弦式交变电流
按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流,简称正弦式电流.
2.正弦式交变电流的公式
(1)瞬时电动势:e=Emsin ωt.
(2)最大值表达式:Em=nBSω.峰值由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关,但转轴必须垂直于磁场方向.
(3)瞬时电流:i=sin ωt=Imsin ωt.电流的峰值也可表示为Im=.
(4)瞬时电压:u=iR=sin ωt=Umsin ωt.
注意:表达式中Em、Um、Im分别为感应电动势、路端电压、感应电流的峰值,而e、u、i则是这几个量的瞬时值.
3.从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式
项目 从中性面位置 开始计时 从与中性面垂直的 位置开始计时
磁通量 Φ=Φmcos ωt= BScos ωt Φ=Φmsin ωt= BSsin ωt
感应 电动势 e=Emsin ωt= nBSωsin ωt e=Emcos ωt= nBSωcos ωt
路端 电压 u=Umsin ωt= sin ωt u=Umcos ωt= cos ωt
负载 电流 i=Imsin ωt= sin ωt i=Imcos ωt= cos ωt
4.其他形式的交变电流
在电子技术中应用的交变电流,则不只限于正弦式电流,它们随时间变化的规律是各式各样的,如图所示.
思考探究
如图a、b、c、d所示,面积相同的4个线圈在同一匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴以相同的角速度匀速转动,它们产生的感应电动势最大值相同吗 从图示位置开始计时,电动势的瞬时值相同吗
【答案】 相同;相同.
[例4] (产生正弦式交变电流的条件)下列各图中面积均为S的单匝线圈均绕其对称轴或中心轴在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,从图示位置开始计时,能产生正弦式交变电动势e=BSωsin ωt的是(　　)
[A] 　　　 [B]
[C] [D]
【答案】 A
【解析】 A项,线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,并且从中性面开始计时,线圈产生正弦式交变电流,A正确;B、D项,线圈平面与磁场平行,转动时磁通量均没有发生变化,线圈中不会产生感应电流,B、D错误;C项,线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,从与中性面垂直的位置开始计时,产生余弦式交变电流,C错误.
[例5] (用公式描述交变电流)如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小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.求:
(1)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,感应电动势的瞬时值表达式;
(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值;
(4)线圈从图示位置开始计时经 s时,线圈中的感应电流的瞬时值;
(5)电阻R两端电压的瞬时值表达式.
【答案】 (1)2 V　(2)e=2cos(2πt)V
(3) A　(4) A　(5)uR=cos(2πt)V
【解析】 (1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为Em,则Em=nBL2ω=100××0.12×2π V=2 V.　
(2)从题图所示位置开始计时,感应电动势的瞬时
值表达式为e=Emcos ωt=2cos(2πt)V.
(3)从题图所示位置转过30°角时感应电动势的瞬时值e′=2cos 30° V= V,
则电路中电流的瞬时值为i== A.
(4)t= s时,e″=2cos V= V,对应的电流的瞬时值i′== A.
(5)由欧姆定律,得uR=R=cos(2πt)V.
[例6] (其他类型交变电流的产生)一台发电机的结构示意图如图所示,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状.M是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形线圈,线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动.磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向的辐向磁场,磁感应强度大小处处相等.从如图所示位置开始计时,规定此时电动势为正值,选项图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是(　　)
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 D
【解析】 由于磁场为沿半径方向的辐向磁场,线圈所在的位置磁感应强度大小不变且始终垂直切割磁感线,所以产生的感应电动势大小不变,由于每个周期线圈中磁通量的方向要改变两次,所以产生的感应电动势的方向也要改变两次,选项D正确.
课时作业(十九)　认识交变电流
(分值:90分)
(选择题每题6分)
知识点一　观察交变电流的图像
1.(多选)(2025·广东茂名高二期末)下列图像描述的电流属于交变电流的有(　　)
[A] 　 [B]
[C] [D]
【答案】 AD
【解析】 电流的大小和方向周期性变化的电流为交变电流,而B、C项中电流的方向没有发生变化,因此不属于交变电流,而A、D项中电流的方向发生周期性变化,属于交变电流.故选AD.
知识点二　交变电流的产生
2.(2025·广东东莞高二期中)交流发电机的示意图如图所示,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,用导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接,下列判断正确的是(　　)
[A] 在线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最小
[B] 在线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大
[C] 在线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小
[D] 在线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小
【答案】 C
【解析】 在线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小,则感应电动势为0,线圈中的感应电流为0,A、B错误;在线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量为0且最小,此时磁通量的变化率最大,即感应电动势最大,线圈中的感应电流最大,C正确,D错误.
3.(多选)关于正弦式交变电流的产生过程,下列说法正确的有(　　)
[A] 当线圈平面与中性面垂直时,电流方向发生变化
[B] 线圈平面经中性面时开始计时,转动90°的过程中,电流一直增大
[C] 线圈平面与中性面垂直开始计时,转动两周电流方向改变4次
[D] 线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置,也是感应电流最大的位置
【答案】 BC
【解析】 线圈转动过程中,在中性面位置,磁通量最大,感应电流等于0,方向改变,线圈转动两周感应电流方向改变4次,由中性面转动90°与中性面垂直,电流逐渐增大到最大.故B、C正确,A、D错误.
4.在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化.设线圈的总电阻为2 Ω,则(　　)
[A] t=0时,线圈平面垂直于磁感线
[B] t=1 s时,线圈中的电流改变方向
[C] t=1.5 s时,线圈中磁通量的变化率最大
[D] t=2 s时,线圈中的感应电流最大
【答案】 D
【解析】 在t=0时穿过线圈平面的磁通量为0,线圈平面平行于磁感线,A错误;Φt图像的斜率为,即表示磁通量的变化率,在0.5～1.5 s之间,“斜率方向”不变,表示的感应电动势方向不变,则电流方向不变,B错误;t=1.5 s时,斜率为0,则线圈中磁通量的变化率为0,C错误;根据法拉第电磁感应定律可得E=n,在t=2 s时,斜率为最大,则感应电动势最大,感应电流最大,D正确.
知识点三　用公式描述交变电流
5.由交变电流瞬时值表达式i=10sin(500t)A可知,从开始计时起,第一次出现电流峰值所需要的时间是(　　)
[A] 2 ms [B] 1 ms
[C] 6.28 ms [D] 3.14 ms
【答案】 D
【解析】 交变电流瞬时值表达式i=10sin(500t)A,角速度为ω=500 rad/s,周期为T==
0.012 56 s,由于是正弦式交变电流,是从线圈经过中性面开始计时的,则在时刻第一次出现电流峰值,即t= s=0.003 14 s=3.14 ms,故选D.
6.(2025·广东湛江·阶段练习)一矩形线圈绕垂直磁场方向的轴在匀强磁场中转动,产生的交变电动势e=20sin(20πt)V,由此可以判断(　　)
[A] t=0时,线圈平面和磁场平行
[B] t=0时,线圈的磁通量为0
[C] t=0.05 s时,线圈切割磁感线的有效速度最小
[D] t=0.05 s时,e第一次出现最大值
【答案】 C
【解析】 t=0时刻,感应电动势为0,磁通量最大,即线圈平面和磁场垂直,磁通量最大,A、B错误;t=0.05 s时,线圈感应电动势的瞬时值为0,所以线圈切割磁感线的有效速度最小为0,C正确,D错误.故选C.
7.如图所示,在水平匀强磁场中一正方形闭合线圈绕OO′轴匀速转动,若要使线圈中的电流峰值减半,下列不可行的方法是(　　)
[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
【答案】 B
【解析】 由Im=,Em=NBSω,ω=2πn,得Im=,故A、C可行;因电阻R与匝数有关,当匝数减半时电阻R也随之减半,则Im不变,故B不可行;当边长减半时,面积S减为原来的,而电阻减为原来的,故D可行.
8.如图所示,单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈轴线OO′与磁场边界重合,线圈按图示方向匀速转动(ab边向纸外,cd边向纸内).若从图示位置开始计时,并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向,则线圈内感应电流随时间变化的图像是图中的(　　)
[A] [B] [C] [D]
【答案】 A
【解析】 由题意知线圈总有一半在磁场中做切割磁感线运动,所以产生的仍然是正弦式交变电流,只是感应电动势的最大值为全部线圈在磁场中匀速转动时产生的感应电动势最大值的一半,故B、C错误.再由楞次定律及安培定则可以判断出A正确,D错误.
(选择题每题9分)
9.(2025·广东佛山考试)一款高空风车及其发电模块原理简图如图,该装置利用充气球将发电机带上高空,通过电缆将电能传输到地面,可为救灾场所临时供电.在发电期间,发电机线圈ab在某一时刻转至图示位置.则下列说法正确的是(　　)
[A] 高空风车发电的工作原理是电流的磁效应
[B] 无论风力多大,线圈ab的发电频率不变
[C] 该时刻线圈中的磁通量为零,感应电动势也为零
[D] 该时刻线圈b端电势高于a端电势
【答案】 D
【解析】 高空风车发电的工作原理是电磁感应,A错误;风力越大,风车转动得越快,线圈ab的发电频率越大,B错误;由题图可知,该时刻线圈平面与磁场平行,线圈中的磁通量为零,感应电动势最大,C错误;根据题意,由右手定则可知,该时刻线圈中的电流为a→b,则线圈b端电势高于a端电势,D正确.故选D.
10.在垂直于纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合.线圈平面与磁场方向垂直.从t=0时刻起,线圈以恒定角速度ω= 绕cd边沿如图所示方向转动,规定线圈中的电流沿abcda方向为正方向,则从t=0到t=T时间内,线圈中的电流i随时间t变化的图像为(　　)
[A] [B] [C] [D]
【答案】 B
【解析】 在0～内,线圈在匀强磁场中匀速转动,故产生正弦式交变电流,且在时,感应电流最大,由楞次定律和安培定则知,电流方向与规定的正方向相反;在T内,线圈中无感应电流;在T时,ab边垂直切割磁感线,感应电流最大,且电流方向与规定的正方向相同,故B项正确.
11.(多选)(2025·广东佛山考试)有“海上充电宝”之称的南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站,其发电原理是海浪带动浪板上下摆动,从而驱动发电机转子转动,其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动.若转子带动线圈如下图逆时针转动,并向外输出电流,则下列说法正确的有(　　)
[A] 线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大
[B] 线圈转动到如图所示位置时a端电势低于b端电势
[C] 线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框受到的安培力方向向上
[D] 该发电机单位时间内能输出的最大电能与浪板面积的大小有关
【答案】 CD
【解析】 线圈转动到如图所示位置时穿过线圈中的磁通量最小,A错误;根据右手定则可知此时线圈内部电流从b到a,则线圈转动到如图所示位置时a端电势高于b端电势,B错误;线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框的电流流向a端,则根据左手定则可知,线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框受到的安培力方向向上,C正确;浪板面积越大,则带动线圈转动的角速度越大,则发电机单位时间内能输出的最大电能越大,D正确.故选CD.
12.(15分)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,外电路的电阻R=4 Ω.求:
(1)(5分)转动过程中线圈中的感应电动势的最大值;
(2)(5分)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时,感应电动势的瞬时值表达式;
(3)(5分)外电路R两端电压的瞬时值表达式.
【答案】 (1)2 V　(2)e=2cos(2πt)V
(3)uR=cos(2πt)V
【解析】 (1)设转动过程中线圈中的感应电动势的最大值为Em,则
Em=nBL2ω=100××0.12×2π V=2 V.
(2)从题图所示位置开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为
e=Emcos ωt=2cos(2πt)V.
(3)外电路R两端电压的最大值为Um== V,
则外电路R两端电压的瞬时值表达式为
uR=Umcos ωt=cos(2πt)V.(共39张PPT)
第一节　认识交变电流
第三章　交变电流
[学习目标]　
1.通过学习,知道交变电流的特点,并通过观察实验,明确交变电流大小和方向的特点,提高科学探究能力.
2.知道正弦式交变电流模型,学习用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小规律的过程,体会建立模型与推理分析的思维方法.
3.通过对发电机发电过程的分析,理解中性面、峰值及瞬时值等,明确正弦式交变电流方向和大小在特殊位置的变化情况.(重点)
「情境导学」
知识点一　观察交变电流的图像
用示波器可以观察交流电源的图像.现在用6 V或3 V的低压交变电压给小灯泡供电,把小灯泡的两端接入示波器的输入端,观察示波器显示的波形图.则显示出来的波形图是什么形状 请画出大致波形.
提示:正弦(余弦)曲线.波形如图所示.
1.直流
不随时间改变的电流.
2.恒定电流
和 都不随时间变化的电流.
3.交变电流
强弱和方向随时间做 变化的电流,称为交变电流,简称交流(AC).
「知识整合」
方向
强弱
方向
周期性
4.波形图
通过示波器将电信号转化为看得见的 .电流或电压随时间变化的图像称为交变电流的 .
我们日常生活和生产中所使用的交变电流就是按 变化的.
5.对交流电的理解
(1)只要方向随时间周期性变化,就是交变电流,跟大小无关.
图像
波形图
正弦规律
(2)只要方向不随时间变化的电流就是直流电流,分类如图所示.
[例1] (认识交变电流的图像)下列关于电流i随时间t变化的图像中,不表示交变电流的是(　　)
[A] 　 　 [B] [C] 　　 [D]
A
【解析】 A图中电流大小发生周期性变化,但方向保持不变,所以不是交变电流,A正确;B、C、D图中电流大小、方向均发生周期性变化,均是交变电流,
B、C、D错误.
知识点二　交变电流的产生
「情境导学」
假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动,如图所示,则:
(1)线圈转动一周的过程中,线圈中的电流方向如何变化
提示:(1)
转动过程 电流方向
甲→乙 B→A→D→C
乙→丙 B→A→D→C
丙→丁 A→B→C→D
丁→甲 A→B→C→D
(2)线圈转动过程中,当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置
提示:(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大,此时线圈所处的平面称为峰值面.线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小,为0,此时线圈所处的平面称为中性面.
1.交流发电机原理图
(1)结构:交变电流是由交流发电机产生的,交流发电机最基本的结构是
和 ,线圈可绕中心轴转动.
(2)能量转化:交流发电机的工作过程是将 能转化为电能和回路中内能的过程.
「知识整合」
线圈
磁极
机械
2.交变电流的产生
(1)产生条件:在匀强磁场中,线圈绕 于磁场方向的轴 转动.
(2)过程分析.
垂直
匀速
B与S位置关系 垂直 平行 垂直 平行 垂直
磁通量
感应电动势
电流方向
最大
0
最大
0
最大
0
最大
0
最大
0
abcd
dcba
3.中性面
(1)定义:线圈平面与磁感线 的位置.
(2)交变电流方向的改变:线圈每经过中性面一次,感应电流的方向就改变
,而线圈每转动一周要经过两次中性面,感应电流的方向改变 .
垂直
一次
两次
4.交变电流产生过程中的两个特殊位置
易错辨析
(1)线圈转动一周经过中性面两次,每转一周电流方向改变一次.(　 　)
(2)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时,磁通量变化得越快,感应电动势越大.
(　 　)
(3)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的电流是交变电流.(　 　)
(4)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时,当线圈中的磁通量最大时,产生的感应电动势也最大.(　 　)
×
√
√
×
[例2] (对中性面的理解)(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流,下列说法正确的是(　 　)
[A] 当线框位于中性面时,线框中感应电动势最大
[B] 当穿过线框的磁通量为0时,线框中的感应电动势也为0
[C] 当线框经过中性面时,感应电流的方向就改变一次
[D] 线框经过中性面时,各边切割磁感线的速度为0
CD
【解析】 线框位于中性面时,线框平面与磁感线垂直,穿过线框的磁通量最大,但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行,即切割磁感线的速度为0,所以感应电动势等于0,即此时穿过线框的磁通量的变化率等于0,感应电流的方向在此时刻改变,故A错误,C、D正确;线框垂直于中性面时,穿过线框的磁通量为0,但切割磁感线的两边都是垂直切割,有效切割速率最大,所以感应电动势最大,故B错误.
[例3] (交流发电机过程分析)交流发电机的发电示意图如图所示,线圈转动过程中,下列说法正确的是(　　)
[A] 转到图甲位置时,通过线圈的磁通量变化率最大
[B] 转到图乙位置时,线圈中产生的感应电动势为零
[C] 转到图丙位置时,线圈中产生的感应电流最大
[D] 转到图丁位置时,AB边感应电流方向为A→B
D
【解析】 转到题图甲位置时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率为0,A错误;转到题图乙位置时,线圈产生的感应电动势最大,B错误;转到题图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,C错误;转到题图丁位置时,根据楞次定律可知AB边感应电流方向为A→B,D正确.
知识点三　用公式描述交变电流
「情境导学」
交流发电机线圈截面的示意图如图所示.标有a的小圆圈表示线圈ab边的横截面,标有 d 的小圆圈表示线圈 cd 边的横截面.设ab边的长度为l,ad 边的长度为 l′,匀强磁场的磁感应强度为B.线圈平面从中性面开始,以ad边的中点O和bc边的中点O′的连线OO′为轴,以角速度 ω 转动,经过时间 t 后转到图示位置.根据上述信息,探究问题:
(1)线圈与中性面的夹角为多大 ab 边的线速度与磁场方向的夹角为多大
提示:(1)ωt;ωt.
(2)ab 边的线速度为多大 ab 边产生的感应电动势为多大
(3)cd 边产生的感应电动势与ab 边产生的感应电动势大小和方向是什么关系
提示:(3)大小相等,方向相同.
(4)线圈中的感应电动势为多大 若线圈为n匝呢
1.正弦式交变电流
按 规律变化的交变电流称为正弦式交变电流,简称正弦式电流.
2.正弦式交变电流的公式
(1)瞬时电动势:e= .
(2)最大值表达式:Em= .峰值由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关,但转轴必须垂直于磁场方向.
「知识整合」
Emsin ωt
nBSω
正弦
注意:表达式中Em、Um、Im分别为感应电动势、路端电压、感应电流的峰值,而e、u、i则是这几个量的瞬时值.
Imsin ωt
Umsin ωt
3.从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式
4.其他形式的交变电流
在电子技术中应用的交变电流,则不只限于正弦式电流,它们随时间变化的规律是各式各样的,如图所示.
如图a、b、c、d所示,面积相同的4个线圈在同一匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴以相同的角速度匀速转动,它们产生的感应电动势最大值相同吗 从图示位置开始计时,电动势的瞬时值相同吗
「思考探究」
【答案】 相同;相同.
[例4] (产生正弦式交变电流的条件)下列各图中面积均为S的单匝线圈均绕其对称轴或中心轴在磁感应强度大小为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,从图示位置开始计时,能产生正弦式交变电动势e=BSωsin ωt的是(　　)
A
[A] 　　　 [B] [C] [D]
【解析】 A项,线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,并且从中性面开始计时,线圈产生正弦式交变电流,A正确;B、D项,线圈平面与磁场平行,转动时磁通量均没有发生变化,线圈中不会产生感应电流,B、D错误;C项,线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,从与中性面垂直的位置开始计时,产生余弦式交变电流,C错误.
(1)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,感应电动势的瞬时值表达式;
(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值;
(5)电阻R两端电压的瞬时值表达式.
[例6] (其他类型交变电流的产生)一台发电机的结构示意图如图所示,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状.M是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形线圈,线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动.磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向的辐向磁场,磁感应强度大小处处相等.从如图所示位置开始计时,规定此时电动势为正值,选项图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是(　　)
D
[A] 　　　 [B] [C] [D]
【解析】 由于磁场为沿半径方向的辐向磁场,线圈所在的位置磁感应强度大小不变且始终垂直切割磁感线,所以产生的感应电动势大小不变,由于每个周期线圈中磁通量的方向要改变两次,所以产生的感应电动势的方向也要改变两次,选项D正确.
感谢观看

展开更多......

收起↑