【创新设计】2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-2课件：第3章第1讲 交变电流
【测控指导】2015-2016学年高二物理鲁科版选修3～2课件1.1 磁生电的探索
探究一
探究二
提示根据通电直导线产生磁场的特点知,靠近导线处磁场强,远离导线处磁场弱, 把线圈P在MN下方运动到上方的过程中几个特殊位置画出,如图所示(为画清楚, 把线圈错开了)。分析磁通量变化时可以通过穿过线圈的磁感线的条数(注意应是 净条数)的变化来分析。
Ⅰ→Ⅱ磁通量增加;Ⅱ→Ⅲ磁通量减少(Ⅲ位置时Φ =0); Ⅲ→Ⅳ磁通量增加;Ⅳ→Ⅴ磁通量减少。
第1章
电磁感应
第1节
磁生电的探索
学习目标 1.了解电磁感应现象的发 现过程和相关的物理学史。 2.知道感应电流、电磁感应的 定义。 3.理解产生感应电流的条件。 4.进一步认识磁通量的概念,能 对磁通量的变化进行定性分析 和定量计算。
思维脉络
1
2
1.电磁感应的探索历程
事件、意义 过程 电生磁 事件 1820 年,丹麦物理学家奥斯特 发现电流的磁效应 菲涅耳、安培、科拉顿、亨利 等致力于磁生电的研究 磁生电 1831 年,英国科学家法拉第发 现了电磁感应现象 意义 拉开了研究电与磁 相互关系的序幕 科学探索是曲折的, 真理追求是执着的 揭示了电和磁的内 在联系,引领人类进 入电气时代
无
无
有
有
1
2
探究③如图所示,螺线管A放在螺线管B内:
1
2
实验操作 闭合开关的瞬间 闭合开关,A 中电流稳定 后,滑动变阻器电阻变大 闭合开关,A 中电流稳定 后,滑动变阻器电阻不变 闭合开关,A 中电流稳定 后,滑动变阻器电阻变小 断开开关的瞬间
有无电 磁通量有 流产生 无变化 有 有 有 有
实验探究结论 导体和磁场间并没有发生 相对运动,当螺线管 A 中 的电流发生变化时,螺线 管 B 所处的磁场发生变 化,从而引起了穿过螺线 管 B 的磁通量发生变化, 螺线管 B 所在的闭合回路 中有感应电流产生
鲁科版物理选修3-2全册精品课件 第3章本章优化总结
专题二
交变电流图象、表达式的综合应用
交变电流的图象反映了交变电动势 ( 或电流 ) 随时间的变化特征，对正弦交变电流来说，
我们可以从图象中获取如下信息：
1.交流电的周期(T)：一个完整的正弦波对应 的时间段．知道了周期便可以算出线圈转动 的角速度ω＝2π/T.
(3)转过 60°角过程中产生的平均感应电动势 为 ΔΦ BSsin60° E＝ n ＝n 1 Δt T 6 3 0.5×0.1× 0.1× 2 ＝ 100× V 2 π 1 × 6 2π ＝ 2.6 V.
(4)交流电压表示数为外电路电压的有效值 3.14 2 E U＝ · R＝ × 4 V＝ 1.78 V. R＋ r 4 ＋1 (5)线圈转动一周所做的功等于电流产生的热 量
60°角时的瞬时感应电动势；
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平 均感应电动势；
(4)交流电压表的示数；
(5)线圈转动一周外力所做的功； (6)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过 60°角时的瞬时通过R的电荷量为多少？
【思路点拨】
转过60°角时瞬时感应电动
势由瞬时值表达式可解得，平均感应电动势
时值表达式，它比表达式更形象直观．在实际
问题中将表达式、图象、发电机模型结合起来 分析，能够达到举一反三、触类旁通的效果，
这也是解决交变电流问题的一个重要方法．
例2
一正弦交流电的电压随时间变化的规 )
律如图所示．由图可知(
A．该交流电的电压瞬时值的表达式为 u＝ 100sin(25t) V B．该交流电的频率为 50 Hz C．该交流电的电压的有效值为 100 2 V D． 若将该交流电压加在阻值为 R＝ 100 Ω 的 电阻两端，则电阻消耗的功率是 50 W
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第1章 电磁感应
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第1章 电磁感应 第1节 磁生电的探索 第3节 电磁感应定律的应用 导入 奇异的电火花 第2节 自感 专题探究 电磁感应的实验与调研 导入 两种电源 第2节 交变电流是怎样产生的 第4章 远距离输电 第1节 三相交变电流 第3节 电能的远距离传输 第5章 传感器及其应用 第1节 揭开传感器的面纱 第3节 大显身手的传感器
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第1章 电磁感应
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导入 改变世界的线圈
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第1节 磁生电的探索
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导入 奇异的电火花
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第1节 感应电流的方向
第2节 感应电动势与电磁感应 定律
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第3节 电磁感应定律的应用
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第2章 楞次定律和自感现象
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导入 两种电源
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第1节 交变电流的特点
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第2节 自感
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第3节 自感现象的应用
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第3章 交变电流
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第1章 电磁感应 第1节 磁生电的探索 第3节 电磁感应定律的应用 导入 奇异的电火花 第2节 自感 专题探究 电磁感应的实验与调研 导入 两种电源 第2节 交变电流是怎样产生的 第4章 远距离输电 第1节 三相交变电流 第3节 电能的远距离传输 第5章 传感器及其应用 第1节 揭开传感器的面纱 第3节 大显身手的传感器
高二物理鲁科版选修3～2课件1.3 电磁感应定律的应用
A.放音的主要原理是电磁感应,录音的主要原理是电流的磁效应
B.录音的主要原理是电磁感应,放音的主要原理是电流的磁效应 C.放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用 D.放音和录音的主要原理都是电磁感应
1
2
解析:录音过程及原理是:先将声音信号通过话筒转换成变化的电流信号,加在 题图中的线圈上,由于电流的磁效应,变化电流产生变化的磁场信号将磁带磁化,这 是应用了电流的磁效应。放音过程是该过程的逆过程,磁带匀速通过磁隙,由于磁 带上变化的磁场使磁头发生磁化现象,导致磁头上的线圈中产生感应电流,该感应 电流被放大后通过扬声器即发出声音,该过程是电磁感应过程。故选项A正确。 答案:A
1
2
练一练
下列做法中可能产生涡流的是( A.把金属块放在匀强磁场中 B.让金属块在匀强磁场中做匀速运动 C.让金属块在匀强磁场中做变速运动 D.把金属块放在变化的磁场中 解析:涡流就是在整个金属块中产生的感应电流,所以产生涡流的条件就是在金 属块中产生感应电流的条件,即穿过金属块的磁通量发生变化。而选项A、B、C 中磁通量不变化,所以选项A、B、C不符合题意;把金属块放在变化的磁场中时, 穿过金属块的磁通量发生了变化,有涡流产生,所以选项D符合题意。 )
探究一
探究二
4.涡流的利用与危害 (1)涡流的应用:
①利用涡流的热效应:应用涡流在回路中产生的热量冶炼金属。
②利用涡流的磁效应:电磁阻尼和电磁驱动。
(2)涡流的危害: 在各种电机、变压器中,涡流是非常有害的,首先它会使铁芯的温度升高,从而 危及线圈绝缘材料的寿命,严重时会使材料报废;其次涡流发热要消耗能量,使电 机、变压器的效率降低。
探究一
探究二
探究一对涡流的理解
问题导引
《创新设计》高中物理教科版选修3-2课件第3章第1讲
电信号 电学量(如电压、电流和频率等) 二、非电信息
物理效应抗体激素
减小增大
磁场 大于 小于 分开 由磁场控制的开关
课堂讲义
传感器及其工作原理
一、传感器对信号的转化
1．传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速 度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷 量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后， 再通过控制系统产生各种控制动作．
对点练习
传感器及其工作原理
传感器对信号的转化
3．如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的 电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯 加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是变暗，发生这一 现象的主要原因是( )
A．小灯泡的电阻发生了变化 B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化 C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化 D．电源的电压随温度发生了变化
传感器及其工作原理
传感器对信号的转化
2．如图所示是变隙电感式压力传感 器的结构图．它由膜盒、铁芯、衔 铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上 端连在一起．根据变隙电感式压力 传感器的结构图分析其工作原理
当压力进入膜盒时 膜盒顶端位移与压力F成正比 衔铁移动使气隙发生变化 电流也发生相应变化 电流数值反映被测压力大小
R1两端电压减小
灯L电压增大，灯泡亮度变强
对点练习
传感器及其工作原理
传感器对信号的转化 1．关于传感器，下列说法正确的是( ) A．所有传感器都是由半导体材料做成的 B．金属材料也可以制成传感器 C．干簧管是一种能够感知电场的传感器 D．传感器一定是通过感知电压的变化就跟着振动
穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流
声音信号转变为电信号
《创新设计》2014-2015学年高中物理鲁科版选修3-2第1章章末整合
(1)R上的最大电功率； (2)通过R的电荷量．
A
章末整合
(1)当 B 端恰转至 N 时
Em＝B·2l·0＋22lω＝2Bωl2
③磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝ Φ1－Φ0计算并判断磁通量是否发生变化．
④线圈面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间夹角发 生变化，例如线圈在磁场中转动时．
专题分类突破
例1 某同学在实验室重做 法拉第发现电磁感应现象的 实验，他将电流表、线圈A 和B、蓄电池、开关用导线连 接成如图1所示的实验装 置．当他接通、断开开关时， 电流表的指针都没有偏转， 其原因是( )
e
g
h
f
专题分类突破
二、感应电动势的计算
章末整合
1．法拉第电磁感应定律 E＝nΔΔΦt (1)E＝nΔΔΦt 是计算感应电动势普遍适用的公式，但对于回路中 的磁感应强度 B 发生变化时求解较方便；
(2)E＝nΔΔΦt 一般计算的是平均感应电动势．但当 Δt→0 时，比 如利用 Φ－t 图象求 E 时ΔΔΦt 也可求瞬时值．
专题分类突破
例2 如图所示，导轨是水平的，间 距L1＝0.5 m，ab杆与导轨左端的距 离L2＝0.8 m，由导轨与ab杆所构成 的回路的总电阻R＝0.2 Ω，方向竖直 向下的匀强磁场的磁感应强度B0＝1 T．现使磁场以ΔB/Δt＝0.2 T/s的变化 率均匀地增大，求当t＝5 s时，杆受 到的安培力是多大？(整个过程中ab 杆没有运动)
章末整合
专题分类突破
【创新设计】2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-2学案：第2章 第1讲 感应电流的方向 Word版含解析[www.ks5u
第1讲 感应电流的方向[目标定位] 1.理解楞次定律的内容，应用楞次定律判定感应电流的方向.2.通过实验，感受楞次定律的实验推导过程，逐渐培养自己的观察实验、分析、归纳、总结物理规律的能力.3.掌握右手定则，知道右手定则实际上是楞次定律的一种表现形式．一、探究感应电流的方向1．实验探究如图1(a)所示，将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将N 极、S 极插入、抽出线圈，记录感应电流方向如下，如图1(b)所示图12．想一想比较甲、丙两种情况说明什么？比较乙、丁两种情况说明什么？什么情况下感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反？什么情况下相同？答案甲、丙两种情况下，磁通量都增大，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；乙、丁两种情况下，磁通量都减小，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同．二、楞次定律当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少．感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．三、右手定则1．使用范围：判定导线切割磁感线运动时感应电流的方向．2．使用方法：伸出右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向.一、楞次定律中阻碍的含义1．谁在阻碍？起阻碍作用的是“感应电流的磁场”．2．阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流的磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量．3．如何阻碍？当引起感应电流的磁通量(原磁通量)增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加；原磁通量减小时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少．即“增反减同”．4．结果如何？阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行．5．从相对运动的角度看，感应电流的磁场对原磁场的作用是阻碍相对运动．如图1(b)所示，甲图中螺线管上端为N极，下端为S极．感应电流对磁铁的靠近起阻碍作用；图乙中螺线管上端为S极，下端为N极，感应电流阻碍磁铁的远离．例1关于楞次定律，下列说法中正确的是()A．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱C．感应电流的磁场总是和原磁场方向相反D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化答案 D解析楞次定律的内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故选D.二、楞次定律的应用应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：1．明确研究对象是哪一个闭合回路；2．确定原磁场方向；3．明确闭合回路中磁通量变化的情况；4．应用楞次定律的“增反减同”，确定感应电流的磁场的方向；5．应用安培定则，确定感应电流的方向．例2如图2所示，线圈ABCD位于EF的正上方，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD中的感应电流方向．图2答案S闭合时，感应电流方向为A→D→C→B→A；S断开时，感应电流方向为A→B→C→D→A.解析当S闭合时：(1)研究的回路是ABCD，穿过回路的磁场是电流I产生的磁场，方向(由安培定则判知)垂直ABCD向外．且磁通量增大；(2)由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相反，即垂直ABCD向里；(3)由安培定则判知线圈ABCD中感应电流方向是A→D→C→B→A.当S断开时：(1)研究的回路仍是线圈ABCD，穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场，方向(由安培定则判知)垂直ABCD向外，且磁通量减小；(2)由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相同，即垂直ABCD向外；(3)由安培定则判知感应电流方向是A→B→C→D→A.针对训练1某磁场磁感线如图3所示，有一铜线圈自图示A处落至B处，在下落过程中，自上向下看，线圈中感应电流的方向是()图3A．始终顺时针B．始终逆时针C．先顺时针再逆时针D．先逆时针再顺时针答案 C解析自A落至图示位置时，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向上，则感应电流的磁场方向与之相反，即向下，故可由安培定则判断线圈中感应电流的方向为顺时针；自图示位置落至B点时，穿过线圈的磁通量减少，磁场方向向上，则感应电流的磁场方向与之相同，即向上，故可由安培定则判断线圈中感应电流的方向为逆时针，选C.三、右手定则的应用1．导体切割磁感线运动产生感应电流是磁通量发生变化产生感应电流的特例，所以右手定则是楞次定律的特例．(1)楞次定律研究对象是整个回路，适用于各种电磁感应现象，对于磁感应强度B随时间t 变化而产生的电磁感应现象较方便．(2)右手定则研究对象是闭合电路的部分导体，只适用于导体做切割磁感线运动的情况．2．当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向(在等效电源的内部从负极指向正极)．例3下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，其中能产生由a到b的感应电流的是()答案 A解析由右手定则判知，A中感应电流方向a→b，C、D中均为b→a.B中感应电流产生由b→a，所以选A.针对训练2如图4所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)，则()图4A．导线框进入磁场时，感应电流的方向为a→b→c→d→aB．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→aC．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左答案 D解析根据右手定则可知导线框进入磁场时，感应电流的方向为a→d→c→b→a，离开磁场时感应电流为a→b→c→d→a，所以A、B均错误；再根据左手定则知，C错误，D正确.楞次定律的应用1. 如图5所示，闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的N极朝下但未插入线圈内部．当磁铁向下运动时()图5A．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互吸引B．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互排斥C．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互吸引D．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互排斥答案 B解析由增反减同，N向下运动，原磁通量增加，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，由安培定则知感应电流方向与图中箭头方向相同，由来拒去留，知磁铁与线圈相互排斥，故B 正确．2. 如图6所示，通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd，当通电导线L运动时，以下说法正确的是()图6A．当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaB．当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcbaC．当导线L向右平移时(未到ad前)，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaD．当导线L向右平移时(未到ad前)，导体框abcd中感应电流的方向为adcba答案AD解析当导线L向左平移时，闭合导体框abcd中磁场减弱，磁通量减少，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少，由于导线L在abcd中磁场方向垂直纸面向里，所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里，由安培定则可知感应电流的方向为abcda，选项A正确；当导线L向右平移时，闭合电路abcd中磁场增强，磁通量增加，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加，可知感应电流的磁场为垂直纸面向外，再由安培定则可知感应电流的方向为adcba，选项D正确．右手定则的应用3. 如图7所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时()图7A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生B．整个环中有顺时针方向的电流C．整个环中有逆时针方向的电流D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流答案 D解析由右手定则知ef上的电流由e→f，故环的右侧的电流方向为逆时针，环的左侧的电流方向为顺时针，选D.4. 如图8所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′，都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，现在垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()图8A．感应电流方向是N→MB．感应电流方向是M→NC．安培力水平向左D．安培力水平向右答案AC解析方法1：由右手定则易知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可判知，MN 所受安培力方向垂直棒水平向左．方法2：由楞次定律知，本题中感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培力方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向可判知，MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左，再由左手定则，容易判断出感应电流的方向是N→M.故选A、C.(时间：60分钟)题组一对楞次定律的理解和应用1．根据楞次定律知：感应电流的磁场一定是()A．阻碍引起感应电流的磁通量B．与引起感应电流的磁场方向相反C．阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化D．与引起感应电流的磁场方向相同答案 C解析感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化．2. 某实验小组用如图1所示的实验装置来验证楞次定律．当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流的方向是()图1A．a→G→bB．先a→G→b，后b→G→aC．b→G→aD．先b→G→a，后a→G→b答案 D解析条形磁铁穿入线圈时，①确定原磁场的方向：磁场方向向下．②明确闭合回路中磁通量变化的情况：向下的磁通量增加．③由楞次定律的“增反减同”可知：线圈中的感应电流产生的磁场方向向上．④应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)，即：电流的方向从b→G→a.同理可以判断出条形磁铁穿出线圈的过程中，向下的磁通量减小，由楞次定律可知：线圈中将产生顺时针的感应电流(俯视)，即：电流的方向从a→G→b.3. 如图2所示，金属环所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．当磁感应强度逐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为()图2A．外环顺时针、内环逆时针B．外环逆时针，内环顺时针C．内、外环均为逆时针D．内、外环均为顺时针答案 B解析首先明确研究的回路由外环和内环共同组成，回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且内、外环之间的磁通量增加．由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，再由安培定则判断出感应电流的方向是：在外环沿逆时针方向，在内环沿顺时针方向，故选项B正确．4. 1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S，电流表G组成另一个回路．如图3所示，通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件．关于该实验下列说法正确的是()图3A．闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流B．闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流C．闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有a→b的感应电流D．闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有b→a的感应电流答案 D解析在滑片不动的情况下，左线圈A中通过的是恒定电流，产生的磁场是恒定的，所以线圈B中不产生感应电流，所以选项A、B错误；在滑片移动增大电阻的过程中，线圈A 中通过的是逐渐减弱的电流，即线圈B处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可判断得知，电流表G中的电流从b→a，故选项C错误，D正确．5. 如图4所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆立在导轨上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是()图4A．感应电流的方向始终是由P→QB．感应电流的方向先是由P→Q，后是由Q→PC．PQ受磁场力的方向垂直于杆向左D．PQ受磁场力的方向先垂直于杆向右，后垂直于杆向左答案 B解析在PQ杆滑动的过程中，杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形POQ 内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断B项对，A项错．再由PQ中电流方向及左手定则可判断C、D项错误．故选B.6. 如图5所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是()图5A．向左拉出和向右拉出时，环中感应电流方向相反B．向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向C．向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向D．将圆环拉出磁场的过程中，当环全部处在磁场中运动时，也有感应电流产生答案 B解析圆环中感应电流的方向，取决于圆环中磁通量的变化情况，向左或向右将圆环拉出磁场的过程中，圆环中垂直纸面向里的磁感线的条数都要减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同，即都垂直纸面向里，应用安培定则可以判断出感应电流的方向沿顺时针方向．圆环全部处在磁场中运动时，虽然导线做切割磁感线运动，但环中磁通量不变，只有圆环离开磁场，环的一部分在磁场中，另一部分在磁场外时，环中磁通量才发生变化，环中才有感应电流．B选项正确．7. 如图6所示，金属线框与直导线AB在同一平面内，直导线中通有电流I，若将线框由位置1拉至位置2的过程中，线框的感应电流的方向是()图6A．先顺时针，后逆时针，再顺时针B．始终顺时针C．先逆时针，后顺时针，再逆时针D．始终逆时针答案 C解析在靠近导线AB直到处于中间位置的过程中，磁通量先增大后减小，原磁场方向垂直纸面向里，感应电流的磁场方向应先垂直纸面向外后垂直纸面向里，由右手螺旋定则可判断电流为先逆时针后顺时针，同理当远离导线的过程中，磁通量逐渐减小，感应电流为逆时针，故选C.8. 北半球地磁场的竖直分量向下．如图7所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是()图7A．若使线圈向东平移，则a点的电势比b点的电势低B．若使线圈向北平移，则a点的电势比b点的电势低C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→aD．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a答案AC解析线圈向东平移时，ab和cd两边切割磁感线，且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相同，a点电势比b点电势低，A对；同理，线圈向北平移，则a、b电势相等，高于c、d两点电势，B错；以ab为轴将线圈翻转，向下的磁通量减小了，感应电流的磁场方向应该向下，再由右手螺旋定则知，感应电流的方向为a→b→c→d→a，则C对，D错．题组二右手定则的应用9．两根相互平行的金属导轨水平放置于图8所示的匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是()图8A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→CB．导体棒CD内有电流通过，方向是C→DC．磁场对导体棒CD的作用力向左D．磁场对导体棒AB的作用力向右答案 B解析当导线AB向右运动时，由右手定则可以判断回路中感应电流方向为A→C→D→B，再根据左手定则进一步确定CD受磁场力的方向向右，AB受磁场力的方向向左．10．如图9所示，导体棒AB、CD可在水平轨道上自由滑动，且两水平轨道在中央交叉处互不相通．当导体棒AB向左移动时()图9A．AB中感应电流的方向为A到BB．AB中感应电流的方向为B到AC．CD向左移动D．CD向右移动答案AD解析当导体棒AB向左移动时，由右手定则可判断回路中感应电流方向为A→B→C→D→A，故A项正确，B项错误；再根据左手定则可确定CD棒所受磁场力向右，故C项错误，D 项正确．11．如图10示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁铁之间，两块铜片A、O分别与金属盘的边缘和转动轴接触．若使金属圆盘按图示方向(俯视顺时针方向)转动起来，下列说法正确的是()图10A．电阻R中有Q→R→P方向的感应电流B．电阻R中有P→R→Q方向的感应电流C．穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流D．调换磁铁的N、S极同时改变金属盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生变化答案 B解析根据右手定则可知电阻R中有P→R→Q方向的感应电流，B正确，A、C错．D选项中流过R的感应电流方向不变，D错．12. 如图11所示，导线框abcd与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad 和bc的中点，当线框向右运动的瞬间，则()图11A．线框中有感应电流，且按顺时针方向B．线框中有感应电流，且按逆时针方向C．线框中有感应电流，但方向难以判断D．由于穿过线框的磁通量为零，所以线框中没有感应电流答案 B解析此题可用两种方法求解，借此感受分别在哪种情况下应用右手定则和楞次定律更便捷．方法一：首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向(如图所示)，因ab导线向右做切割磁感线运动，由右手定则判断感应电流方向由a→b，同理可判断cd导线中的感应电流方向由c→d，ad、bc两边不做切割磁感线运动，所以整个线框中的感应电流是沿逆时针方向的．方法二：首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向(如图所示)，由对称性可知合磁通量Φ＝0；其次当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大(方向垂直纸面向里)，由楞次定律可知感应电流的磁场方向应垂直纸面向外，最后由安培定则判断感应电流按逆时针方向，故B选项正确．。
【创新设计】2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-2学案：第4章 第1讲 三相交变电流 Word版含解析[www.ks5u.c
第1讲 三相交变电流[目标定位] 1.了解三相交流发电机的构造，了解三相交变电流的产生及特点.2.知道三相交变电源与负载的连接方式，线电压与相电压的关系.3.了解三相交变电流在生产、生活中的广泛应用．1．三相交流发电机三相交流发电机的主要组成部分是电枢线圈和磁极． 三相交流发电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两类． 2．三相交变电流的产生三个相同的线圈固定在一个铁芯上，线圈平面互成120°角，铁芯匀速转动，即三个线圈在磁场里切割磁感线运动，就产生三相交变电流．三个交变电动势的最大值和周期都相同，但是它们达到最大值(或零值)的时刻不同，依次落后13周期，三个线圈中产生的感应电动势都按正弦规律做周期性变化． 3．电源与负载的连接方式(1)在三相四线制中，如果三相负载完全相同，则通过中线的电流为零，此时可以取消中线，三相四线制就变成了三相三线制．(2)在低压三相电源的星形接法中，负载的线电压是380_V ，相电压是220_V ，线电压与相电压之间的关系是U 线＝3U 相.一、三相交变电流的产生及特点 1．三相交流发电机的构造特点三相交流发电机内装有三个完全相同的线圈，三个线圈平面互成120°角放置在同一磁场中．小功率发电机可以采用旋转电枢式，大功率发电机可采用旋转磁极式． 2．三相交变电流的产生以旋转磁极式发电机为例，当转子磁场匀速转动时，等效于定子线圈做切割磁感线运动，由于定子的三个线圈相同，三个线圈平面在空间互成120°角，故能产生三相交变电流． 3．三相电流的异同 (1)相同量①最大值、有效值；②周期．(2)不同量：相位及达到最大值(或零值)的时刻． 4．瞬时值表达式三个绕组(AX 、BY 、CZ )中产生的感应电动势可用函数分别表示为e A ＝E m sin ωt ，e B ＝E m sin ⎝⎛⎭⎫ωt －2π3，e C ＝E m sin ⎝⎛⎭⎫ωt －4π3. 5．e －t 图象三相交变电流的e －t 图象如图1所示．图1例1 下列关于三相交变电流的产生原理说法正确的是( ) A ．发电机中3个绕组具有相同的匝数和绕向，互成60°角B ．在转动过程中，每个绕组产生的感应电动势的最大值和周期都相同C ．在转动过程中，每个绕组产生的感应电动势的有效值及瞬时值都相同D ．发电机的三个绕组在转运过程中达到最大值的时间依次落后13T答案 BD二、电源与负载的连接方式发电机和三相负载都有两种连接方式：星形连接和三角形连接．1．发电机的连接(1)星形连接是从三个线圈始端A、B、C各引出一根导线叫相线(照明电路中叫火线)，三个线圈末端X、Y、Z连接在一起，引出一根导线叫做中性线(照明电路叫零线)．每个线圈两端的电压叫相电压，两根相线之间的电压叫线电压，U线＝3U相，如图2所示．我国照明电路中U相＝220 V，U线＝380 V.(2)三角形接法是把三个线圈的始端和末端依次接连，如图3所示的三角形接法中U相＝U线．图2图32．三相交流电中三相负载的连接方式(1)如图4所示的连接方式叫做三相负载的星形连接．(2)如图5所示的连接方式叫做三相负载的三角形连接．图4图5例2如图6所示电路，下列判断正确的是()图6A．(甲)图是星形接法B．(乙)图是星形接法C．(丙)图是三角形接法D．(丁)图是三角形接法答案BD解析由题图可判断(甲)、(丁)是三角形接法，(乙)、(丙)是星形接法．判断三相交变电流中电源或负载的连接方式，四线制一定是星形接法；三线制负载一定要相同，可能是星形接法，也可能是三角形接法；星形接法一定有一公共端，三角形接法一定是首尾相接．针对训练 如图7所示，在三相交流电源上按星形接法连接相同负载1、2、3.BN ′是中性线，已知负载1上电压为220 V ，电流为15 A ．现以I 表示中性线上的电流，U 表示P 、Q 两点间电压，则( )图7A ．I ＝15 A ，U ＝440 VB ．I ＝45 A ，U ＝380 VC ．I ＝0，U ＝440 VD ．I ＝0，U ＝380 V 答案 D解析 三个线圈使用的是星形接法，相电压与线电压的关系是U 线＝3U 相，因为每个负载上的电压为相电压，所以U PN ′＝220 V ，PQ 间的电压为线电压，所以U PQ ＝3U PN ′＝380 V ，由于三相负载相同，所以中性线上电流为0，故选项D 正确．三相交变电流的产生及特点1．比较三相交流发电机的三个线圈输出的三相交流电压，下列说法正确的是( ) A ．最大值，周期及达到最大值的时刻相同 B ．最大值，周期均相同，达到最大值时刻相差T 6C ．最大值，周期均相同，达到最大值时刻相差T3D ．最大值，周期及达到最大值的时刻均不相同 答案 C2．三个完全相同的负载R 分别接在相同三相发电机的输电线上．设图8甲、乙、丙中负载R 两端的电压分别为U 甲、U 乙、U 丙，则( )图8A ．U 甲＝U 乙＝U 丙B ．U 甲＜U 乙＝U 丙C ．U 甲＝U 丙＞U 乙D ．U 甲＝U 丙＜U 乙 答案 B电源与负载的连接方式3．在三相交变电路中，下列说法正确的是( ) A ．相电压和线电压一定相等B ．在三相电源为星形接法中，相电压为380 V ，线电压为220 VC ．在三相电源为三角形接法中，线电压为380 V ，相电压为220 VD ．额定电压为380 V 的按三角形接法连接的电动机，用相电压为220 V 的星形接法连接的发电机供电，电动机仍可以正常工作 答案 D4．有关三相交变电流，下列说法正确的是( ) A ．线电压等于相电压的3倍B ．在三相四线制供电线路中，线电压是相电压的2倍C ．家用单相用电器可接入三相四线制电路中的任意两条导线之间D ．三只标有“220 V,100 W ”的灯泡按星形连接接入线电压为380 V 的三相四线制电路时，中性线可省去 答案 D(时间：60分钟)题组一 三相交流电的产生及特点1．在匀速转动的三相交流发电机中，关于三个线圈中产生的电动势，下列说法不正确的是( )A ．按相同规律变化，同时达到最大值和最小值B ．具有相同的有效值C ．具有相同的周期和频率D ．具有相同的最大值 答案 A解析 三相交流发电机中，三个线圈具有相同的有效值、周期、频率及最大值；但它们的相位相差23π，故B 、C 、D 正确，A 错误．2．关于三相交变电流，下列说法不正确的是( )A ．三相交流发电机的三个线圈产生的交变电动势有相同的周期和最大值B ．三相交流发电机的三个线圈的每一个线圈都可以单独向外供电C ．三相交流发电机的三个线圈产生的电动势不同时达到最大值D ．三相交流发电机线圈采用星形接法时，负载也必须采用星形接法 答案 D解析 三相交变电动势的周期和最大值都相同，三相交流发电机相当于三个独立的电源同时供电，三相交变电动势的最大值依次相差13个周期，选项A 、B 、C 正确；在三相三线制中，三相交流发电机线圈和负载既可以用同一种接法，也可以一个采用星形接法，另一个采用三角形接法，选项D 错误． 题组二 电源与负载的连接方式3．关于三相交变电压，下列说法正确的是( ) A ．相电压一定大于线电压 B ．相电压一定小于线电压C ．三相交变电压不再满足峰值E m ＝2E 有效的关系D ．以上说法都不对 答案 D解析 在电源的星形接法中，相电压小于线电压，而三角形接法中相电压等于线电压，故A 、B 错误；三相交变电流的峰值与有效值仍满足E m ＝2E 有效，C 错误．4．电源插座有两孔插座和三孔插座，空调机、冰箱、微波炉等家用电器用三孔插座，录音机、电视机等电器用两孔插座，则以下说法正确的是( ) A ．两孔插座的电压是线电压B ．三孔插座上任意两个插孔间的供电电压均为380 VC ．不管是两孔插座还是三孔插座，供电电压均为220 VD ．以上都不对 答案 C解析 两种插座的供电电压都是相电压，且U 相＝220 V ，三孔插座只不过有一个地线插孔，目的是为了保护人的安全．5．如果某三相电源的相电压是110 V ，对称的三相负载每相的额定电压是190 V ，则电源与负载的连接方式分别是( )A ．△—YB ．Y —YC ．△—△D ．Y —△ 答案 D解析 电源的相电压U 相＝110 V ，若为星形接法，则线电压U 线＝3U 相＝3×110 V ≈190 V ．又负载的额定电压U 额＝190 V ，即U 额＝U 线，故三相负载应为三角形接法，D 正确． 6．图1中，A 、B 、C 是三相交流电源的3根相线，O 是中性线．电源的相电压为220 V ．L 1、L 2、L 3是3个“220 V ，60 W ”的灯泡．开关S 1断开，S 2、S 3闭合．由于某种原因，电源中性线在图中O ′处断开，那么L 2和L 3两灯泡将( )图1A ．立刻熄灭B ．变得比原来亮一些C ．变得比原来暗一些D ．保持亮度不变 答案 C解析 由题图可知，当S 1断开且中性线在O ′处断开后，L 2、L 3两灯串联在两根相线间，总电压为380 V ，则两灯电压均小于220 V ，因此均变暗，正确选项为C.7．如图2所示，相线A 、B 、C 和中性线N 接在三相交流电源上，A 相的线电压u ＝3802sin (100πt ) V ，则( )图2A ．相线的电势总是高于中性线的电势B ．电流表的示数为2202R sin (100πt ) AC ．B 、N 两端电压有效值为380 VD ．通过R 的电流方向每秒钟改变100次 答案 D解析 在三相交流电路中，相线与中性线间的电势差按正弦规律变化，所以，相线电势并非总是高于中性线，A 错误；电流表示数代表的是有效值而不是瞬时值，B 错误；B 、N 两端的电压即为相电压，由线电压的最大值为380 2 V ，有效值为380 V ，可知相电压应为220V，C错误；因为交流电频率f＝ω2π＝100π2πHz＝50 Hz，可见电流方向每秒改变100次，D正确．8．电视机、空调机、冰箱、微波炉、电饼铛、电压力锅等家用电器已进入寻常百姓家，有时候人们会同时使用几种电器，关于家用电器的供电电压和连接方式，下面说法正确的是()A．家用电器的工作电压是380 VB．家用电器的工作电压是220 VC．如果同时使用三种家用电器，它们的连接方式是三角形接法D．如果同时使用三种家用电器，它们的连接方式应采用星形接法答案 B解析家用电器的额定电压是220 V，在使用时这些用电器是并联的，并不是采用三角形接法或星形接法，所以只有B项正确．9．三相发电机的线圈采用星形接法，每个线圈产生的电动势的最大值为220 2 V，用它给三个完全相同的电炉供电，电炉的使用说明书上标有“220 V,2 000 W”字样，现在把三个电炉同时接到电源上，要求电炉工作时，不能被烧坏，不计线圈的内阻，则以下说法正确的是()A．三个电炉应采用三角形接法B．三个电炉采用三角形接法和星形接法时都能正常工作C．三个电炉应采用星形接法，有中性线时每个电炉消耗的电功率为P1，中性线断路后每个电炉消耗的电功率为P2，则P1＞P2D．以上说法都不对答案 C解析由题意知，电源可以输出两种电压，U相＝220 V，U线＝380 V．如果电炉采用三角形接法，则每个电炉两端的电压等于380 V，大于电炉的额定电压，电炉被烧坏，而采用星形连接时，把电炉接在相线与中性线之间，电炉正常工作，A、B错误；有中性线时，每个电炉的电压为220 V，没有中性线时，每个电炉的电压为190 V，选项C正确．题组三三相交流电的应用10．功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W 的LED灯替代．估算出全国一年节省的电能最接近()A ．8×108 kW·hB ．8×1010 kW·hC ．8×1011 kW·hD ．8×1013 kW·h 答案 B解析 因每只白炽灯和发光二极管的功率分别为60 W 和10 W ，按4亿户家庭，每户家庭每天亮灯6小时计算，全国一年节省的电能最接近4×108×2×(60－10)×10－3 kW ×365×6 h ＝8.76×1010 kW·h ，则选项B 正确，A 、C 、D 错误．11．在线电压为380 V 的三相交流电路中，如图3所示，接有三只电阻均为484 Ω的电灯．问：图3(1)这三只电灯属何种接法？每只灯的电压、电流、功率各是多少？ (2)若L 1灯的保险丝熔断，则其余两灯的电压、电流、功率又各是多少？答案 (1)星形接法 每个灯的电压、电流、功率都是220 V 、0.45 A 、100 W (2)均为190 V 、0.39 A 、74.6 W解析 (1)属于星形接法，每只灯上的电压为相电压，即U ＝220 V ，根据欧姆定律和功率公式得： I ＝U R ＝220484 A ≈0.45 A ，P ＝U 2R ＝2202484W ＝100 W. (2)若L 1灯保险丝熔断，即断开了一相，此时属于线电压加在BC 两端，每只灯上的电压为U 2＝190 V ，电流、功率分别是 I 2＝U 2R ＝190484 A ≈0.39 A ，P 2＝U 22R ＝1902484 W ≈74.6 W ．。
【创新设计】2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-2学案：第1章 第2讲 感应电动势与电磁感应定律 Word版含解
第2讲感应电动势与电磁感应定律[目标定位] 1.理解感应电动势的概念.2.理解感应电动势的大小与磁通量变化率的关系，掌握法拉第电磁感应定律及其应用.3.知道公式E＝Bl v sin θ的推导过程，知道它的适用情况，并会进行有关计算．一、感应电动势1．定义：在电磁感应现象中产生的电动势，叫感应电动势．产生感应电动势的那部分导体相当于电源．2．感应电动势和感应电流的关系(1)产生电磁感应现象时，闭合电路中有感应电流，有感应电动势；电路断开时，没有感应电流，有感应电动势，产生感应电动势的导体相当于电源．(2)感应电动势的产生与电路是否闭合、电路如何组成无关(填“有关”或“无关”)，感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质．3．探究影响感应电动势大小的因素在上一节的实验三中，如图1所示，用不同速度移动滑动变阻器的滑片，快速移动滑片时，电流表指针摆动幅度大，缓慢移动滑片时电流表指针摆动幅度小(填“大”或“小”)．图1快速地移动滑动变阻器的滑片时，穿过线圈B的磁通量变化快，缓慢地移动滑片时，穿过B 的磁通量变化慢(填“快”或“慢”)．这说明电路中感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关．想一想穿过某电路的磁通量的变化量越大，产生的感应电动势就越大吗？答案不一定，感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率而不是变化量，即感应电动势的大小由磁通量的变化量和发生这个变化所用的时间这两个因素共同决定．二、电磁感应定律1．内容：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比．2．公式：E ＝n ΔΦΔtn 为线圈的匝数，ΔΦ是磁通量的变化量，ΔΦΔt 是磁通量的变化率．3．单位：ΔΦ的单位是韦伯(Wb)，Δt 的单位是秒(s)，E 的单位是伏特(V)． 4．导体切割磁感线时的感应电动势(1)导体棒垂直于磁场运动，B 、v 两两垂直时，如图2所示，E ＝Bl v .图2(2)导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图3所示，E ＝Bl v sin_θ.图3一、对法拉第电磁感应定律的理解1．感应电动势E ＝n ΔΦΔt ，E 的大小决定于磁通量的变化率ΔΦΔt ，而与Φ、ΔΦ的大小无关．2．下列是几种常见的产生感应电动势的情况． (1)线圈面积S 不变，磁感应强度B 均匀变化：E ＝n ΔB Δt ·S (ΔB Δt为B t 图象上某点切线的斜率)(2)磁感应强度B 不变，线圈的面积S 均匀变化：E ＝nB ·ΔSΔt.3．用E ＝n ΔΦΔt 所求的一般为平均感应电动势，且所求的感应电动势为整个回路的感应电动势．例1 下列几种说法中正确的是( )A ．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B ．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C ．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D ．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大 答案 D解析 感应电动势的大小和磁通量的大小、磁通量变化量的大小以及磁场的强弱均无关系，它由磁通量的变化率决定，故选D.例2 如图4甲所示，一个圆形线圈的匝数n ＝1 000，线圈面积S ＝200 cm 2，线圈的电阻r ＝1 Ω，线圈外接一个阻值R ＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，求：图4(1)前4 s 内的感应电动势的大小； (2)前5 s 内的感应电动势． 答案 (1)1 V (2)0解析 (1)前4秒内磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝S (B 2－B 1)＝200×10－4×(0.4－0.2)Wb ＝4×10－3 Wb由法拉第电磁感应定律得E ＝n ΔΦΔt ＝1 000×4×10－34V ＝1 V.(2)前5秒内磁通量的变化ΔΦ′＝Φ2′－Φ1′＝S (B 2′－B 1′)＝200×10－4×(0.2－0.2)Wb ＝0由法拉第电磁感应定律E ′＝n ΔΦ′Δt＝0针对训练1 如图5所示，一两端闭合的正方形线圈共有n ＝10匝，每边长L ＝10 cm ，所用导线每米长的阻值R 0＝2 Ω，一个范围较大的匀强磁场与线圈平面垂直，当磁场以0.5 T/s 均匀增大时，在线圈导线中的电流有多大？图5答案 6.25×10－3A解析 根据法拉第电磁感应定律：E ＝n ΔΦΔt ＝nL 2ΔBΔt.线圈的电阻：R ＝n ·4LR 0据闭合电路欧姆定律：I ＝E R ＝nL 2ΔB Δt n ·4LR 0＝L 4R 0·ΔB Δt ＝0.14×2×0.5 A ＝6.25×10－3A. 二、导体切割磁感线时的电动势 对公式E ＝Bl v sin θ的理解 1．若B 、l 、v 两两垂直，则E ＝Bl v .2．E ＝Bl v 中l 应理解为导线切割磁感线时的有效长度，即导体在与v 垂直的方向上的投影长度．如图6甲中，半径为r 的半圆形导体垂直切割磁感线时，感应电动势E ＝Bl v ＝2Br v ≠B πr v .在图乙中，感应电动势E ＝Bl v sin θ≠Bl v .图6例3 如图7所示，一金属弯杆处在磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，已知ab ＝bc ＝L ，当它以速度v 向右水平移动时，a 、c 两点间的电势差为( )图7A ．BL vB ．BL v sin θC ．BL v cos θD ．BL v (1＋sin θ)答案 B解析 导体杆切割磁感线的有效长度为l sin θ.三、公式E ＝n ΔΦΔt 与E ＝Bl v sin θ的区别1．研究对象不同E ＝n ΔΦΔt 研究整个闭合回路，适用于各种电磁感应现象；E ＝Bl v 研究的是闭合回路上的一部分，即做切割磁感线运动的导线．2．实际应用不同E ＝n ΔΦΔt 计算磁感应强度变化所产生的感应电动势较方便；E ＝Bl v 计算导线切割磁感线所产生的感应电动势较方便．3．E 的意义不同E ＝n ΔΦΔt 求得的是一般平均感应电动势，但当Δt →0时，E ＝n ΔΦΔt 可表示瞬时感应电动势；E＝Bl v 一般求得的是瞬时感应电动势，但当v 表示Δt 时间内的平均速度时，E ＝Bl v 也可表示平均感应电动势．例4 如图8所示，导轨OM 和ON 都在纸面内，导体AB 可在导轨上，无摩擦滑动，若AB 以5 m/s 的速度从O 点开始沿导轨匀速右滑，导体与导轨都足够长，它们每米长度的电阻都是0.2 Ω，磁场的磁感应强度为0.2 T ．问：图8(1)3 s 末夹在导轨间的导体长度是多少？此时导体切割磁场产生的感应电动势多大？回路中的电流为多少？(2)3 s 内回路中的磁通量变化了多少？此过程中的平均感应电动势为多少？ 答案 (1)5 3 m 5 3 V 1.06 A (2)15 32Wb 4.33 V解析 (1)夹在导轨间的部分导体切割磁感线产生的电动势才是电路中的感应电动势． 3 s 末时刻，夹在导轨间导体的长度为： l ＝v t ·tan 30°＝5×3×tan 30°＝5 3 m 此时：E ＝Bl v ＝0.2×5 3×5 V ＝5 3 V电路电阻为R ＝(15＋5 3＋10 3)×0.2 Ω≈8.196 Ω所以I ＝ER＝1.06 A(2)3 s 内回路中磁通量的变化量ΔΦ＝BS －0＝0.2×12×15×5 3 Wb ＝15 32 Wb3 s 内电路产生的平均感应电动势为：E ＝ΔΦΔt ＝15323≈4.33 V.针对训练2 如图9所示，可绕固定轴OO ′转动的正方形线框的边长为L ，不计摩擦和空气阻力，线框从水平位置由静止释放，到达竖直位置所用的时间为t ，ab 边的速度为v ，设线框始终处在竖直向下，磁感应强度为B 的匀强磁场中，试求：图9(1)这个过程中回路中的感应电动势； (2)到达竖直位置时回路中的感应电动势．答案 (1)BL 2t(2)BL v解析 (1)线框从水平位置到达竖直位置的过程中回路中的感应电动势E ＝ΔΦΔt ＝BL 2t .(2)线框到达竖直位置时回路中的感应电动势E ′＝BL v .对法拉第电磁感应定律的理解1．关于感应电动势的大小，下列说法正确的是( ) A ．穿过闭合电路的磁通量最大时，其感应电动势一定最大 B ．穿过闭合电路的磁通量为零时，其感应电动势一定为零C ．穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定为零D ．穿过闭合电路的磁通量由不为零变为零时，其感应电动势一定不为零 答案 D解析 磁通量的大小与感应电动势的大小不存在内在的联系，故A 、B 错误；当磁通量由不为零变为零时，闭合电路的磁通量一定改变，一定有感应电流产生，有感应电流就一定有感应电动势，故C 错，D 对．公式E ＝n ΔΦΔt的应用2．单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t 的关系图象如图10所示，则( )图10A ．在t ＝0时刻，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大B ．在t ＝1×10－2s 时刻，感应电动势最大C ．在t ＝2×10－2s 时刻，感应电动势为零D ．在0～2×10－2s 时间内，线圈中感应电动势的平均值为零答案 BC解析 由法拉第电磁感应定律知E ∝ΔΦΔt ，故t ＝0及t ＝2×10－2s 时刻，E ＝0，A 错，C 对；T ＝1×10－2s ，E 最大，B 对；0～2×10－2s ，ΔΦ≠0，E ≠0，D 错．3．如图11甲所示，线圈的匝数n ＝100匝，横截面积S ＝50 cm 2，线圈总电阻r ＝10 Ω，沿轴向有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁场的磁感应强度随时间做如图乙所示变化，则在开始的0.1 s 内( )图11A ．磁通量的变化量为0.25 WbB ．磁通量的变化率为2.5×10－2 Wb/sC ．a 、b 间电压为0D ．在a 、b 间接一个理想电流表时，电流表的示数为0.25 A 答案 BD解析 通过线圈的磁通量与线圈的匝数无关，若设Φ2＝B 2S 为正，则线圈中磁通量的变化量为ΔΦ＝B 2S －(－B 1S )，代入数据即ΔΦ＝(0.1＋0.4)×50×10－4 Wb ＝2.5×10－3 Wb ，A 错；磁通量的变化率ΔΦΔt ＝2.5×10－30.1Wb/s ＝2.5×10－2 Wb/s ，B 正确；根据法拉第电磁感应定律可知，当a 、b 间断开时，其间电压等于线圈产生的感应电动势，感应电动势大小为E ＝n ΔΦΔt＝2.5 V 且恒定，C 错；在a 、b 间接一个理想电流表时相当于a 、b 间接通而形成回路，回路总电阻即为线圈的总电阻，故感应电流大小I ＝E r ＝2.510A ＝0.25 A ，D 项正确．公式E＝Bl v的应用4．如图12甲所示为列车运行的俯视图，列车首节车厢下面安装一块电磁铁，电磁铁产生垂直于地面的匀强磁场，列车经过放在铁轨间的线圈时，线圈产生的电脉冲信号传到控制中心，如图乙所示．则列车的运动情况可能是()图12A．匀速运动B．匀加速运动C．匀减速运动D．变加速运动答案 C解析当列车通过线圈时，线圈的左边或右边切割磁感线，由E＝Bl v可得感应电动势的大小由速度v决定，由题图乙可得线圈产生的感应电动势均匀减小，则列车做匀减速运动，选项C正确.(时间：60分钟)题组一对法拉第电磁感应定律的理解1．如图1所示，闭合开关S，将条形磁铁插入闭合线圈，第一次用时0.2 s，第二次用时0.4 s，并且两次磁铁的起始和终止位置相同，则()图1A．第一次线圈中的磁通量变化较快B．第一次电流表G的最大偏转角较大C．第二次电流表G的最大偏转角较大D．若断开S，电流表G均不偏转，故两次线圈两端均无感应电动势答案AB解析 磁通量变化相同，第一次时间短，则第一次线圈中磁通量变化较快，故A 正确；感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率大，感应电动势大，产生的感应电流大，故B 正确，C 错误；断开电键，电流表不偏转，知感应电流为零，但感应电动势不为零，故D 错误．故选A 、B.2．穿过某闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图象分别如图2中的①～④所示，下列说法正确的是( )图2A ．图①有感应电动势，且大小恒定不变B ．图②产生的感应电动势一直在变大C ．图③在0～t 1时间内的感应电动势是t 1～t 2时间内感应电动势的2倍D ．图④产生的感应电动势先变大再变小 答案 C解析 感应电动势E ＝ΔΦΔt ，而ΔΦΔt 对应Φ－t 图象中图线的斜率，根据图线斜率的变化情况可得：①中无感应电动势；②中感应电动势恒定不变；③中感应电动势0～t 1时间内的大小是t 1～t 2时间内大小的2倍；④中感应电动势先变小再变大． 题组二 公式E ＝n ΔΦΔt的应用3．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2 Wb ，则( ) A ．线圈中感应电动势每秒增加2 V B ．线圈中感应电动势每秒减少2 V C ．线圈中感应电动势始终为2 VD ．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于2 V 答案 C解析 由E ＝n ΔΦΔt 知：ΔΦΔt＝2 Wb/s 恒定，n ＝1，所以E ＝2 V.4．单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，如线圈所围面积里的磁通量随时间变化的规律如图3所示，则线圈中( )图3A ．0时刻感应电动势最大B ．0.05 s 时感应电动势为零C ．0.05 s 时感应电动势最大D ．0～0.05 s 这段时间内平均感应电动势为0.4 V 答案 ABD解析 由法拉第电磁感应定律E ＝ΔΦΔt ，在Φ－t 图象中，ΔΦΔt 为该时刻的斜率，0时刻和0.1 s时刻斜率绝对值最大，表明电动势值最大，0.05 s 时刻斜率为零，则电动势为零，0～0.05 s 时间内平均感应电动势为0.4 V ，故选项A 、B 、D 正确．5．一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直．先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍．接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s 时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半．先后两个过程中，线框中感应电动势大小的比值为( )A.12 B ．1 C ．2 D ．4 答案 B解析 设原磁感应强度是B ，线框面积是S .第1 s 内ΔΦ1＝2BS －BS ＝BS ，第2 s 内ΔΦ2＝2B ·S2－2B ·S ＝－BS .因为E ＝n ΔΦΔt ，所以两次电动势大小相等，B 正确．6. 如图4所示，一正方形线圈的匝数为n ，边长为a ，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中．在Δt 时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B 均匀地增大到2B .在此过程中，线圈中产生的感应电动势为( )图4A.Ba 22Δt B.nBa 22Δt C.nBa 2Δt D.2nBa 2Δt 答案 B解析 根据法拉第电磁感应定律知，线圈中产生的感应电动势E ＝nΔФΔt ＝n ·ΔBΔt·S ＝n ·2B －B Δt ·a 22＝nBa 22Δt，选项B 正确．7．如图5甲所示，环形线圈的匝数n ＝100，它的两个端点a 和b 间接有一理想电压表，线圈内磁通量的变化规律如图乙所示，则电压表示数为________V .图5答案 50解析 由Φt 图象可知，线圈中的磁通量的变化率为ΔΦΔt＝0.5 Wb/s 故U ab ＝E ＝n ΔΦΔt ＝50 V.题组三 公式E ＝Bl v 的应用8．如图6所示的情况中，金属导体中产生的感应电动势为Bl v 的是( )图6A ．乙和丁B ．甲、乙、丁C ．甲、乙、丙、丁D ．只有乙 答案 B9．如图7所示，平行金属导轨间距为d ，一端跨接电阻R ，匀强磁场磁感应强度为B ，方向垂直于导轨平面，一根长金属棒与导轨成θ角放置，棒与导轨电阻不计，当棒沿垂直于棒的方向以恒定速率v 在导轨上滑行时，通过电阻的电流是( )图7A.Bd v R sin θB.Bd v RC.Bd v sin θRD.Bd v cos θR答案 A解析 导体棒切割磁感线的有效长度l ＝d sin θ，故E ＝Bl v ＝Bd v sin θ，则电流I ＝E R ＝B v dR sin θ，故A 正确．10．如图8所示，PQRS 是一个正方形的闭合导线框，MN 为一个匀强磁场的边界，磁场方向垂直于纸面向里，如果线框以恒定的速度沿着PQ 方向向右运动，速度方向与MN 边界成45°角，在线框进入磁场的过程中( )图8A ．当Q 点经过边界MN 时，线框的磁通量为零，感应电流最大B ．当S 点经过边界MN 时，线框的磁通量最大，感应电流最大C ．P 点经过边界MN 时跟F 点经过边界MN 时相比较，线框的磁通量小，感应电流大D ．P 点经过边界MN 时跟F 点经过边界MN 时相比较，线框的磁通量小，感应电流也小 答案 C解析 P 点经过MN 时，正方形闭合导线框切割磁感线的导线有效长度最大，感应电流最大． 11．如图9所示，三角形金属导轨EOF 上放有一金属杆AB ，在外力作用下，使AB 保持与OF 垂直，以速度v 匀速从O 点开始右移，若导轨与金属棒均为粗细相同的同种金属制成，则下列判断正确的是( )图9A ．电路中的感应电流大小不变B ．电路中的感应电动势大小不变C ．电路中的感应电动势逐渐增大D ．电路中的感应电流逐渐减小 答案 AC解析 导体棒从O 开始到如题图所示位置所经历时间设为t ，∠EOF 设为θ，则导体棒切割磁感线的有效长度l ⊥＝OB ·tan θ，故E ＝Bl ⊥·v ⊥＝B v ·v t tan θ＝B v 2·t tan θ，即电路中电动势与时间成正比，C 正确；电路中电流强度I ＝E R ＝B v 2tan θ·t ρlS而l ＝△OAB 的周长＝OB ＋AB ＋OA ＝v t ＋v t ·tan θ＋v t cos θ＝v t ⎝⎛⎭⎫1＋tan θ＋1cos θ， 所以I ＝B v S tan θρ⎝⎛⎭⎫1＋tan θ＋1cos θ＝恒量，所以A 正确．12．如图10所示，设匀强磁场的磁感应强度B 为0.10 T ，切割磁感线的导线的长度l 为40 cm ，线框向左匀速运动的速度v 为5.0 m/s ，整个线框的电阻R 为0.50 Ω，试求：图10(1)感应电动势的大小； (2)感应电流的大小． 答案 (1)0.20 V (2)0.40 A 解析 (1)线框中的感应电动势 E ＝Bl v ＝0.10×0.40×5.0 V ＝0.20 V. (2)线框中的感应电流I ＝E R ＝0.200.50A ＝0.40 A. 13．在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，B ＝0.2 T ，有一水平放置的光滑框架，宽度为l ＝0.4 m ，如图11所示，框架上放置一质量为0.05 kg 、电阻为1 Ω的金属杆cd ，框架电阻不计．若cd 杆以恒定加速度a ＝2 m/s 2，由静止开始做匀变速运动，则：图11(1)在5 s 内平均感应电动势是多少？ (2)第5 s 末，回路中的电流多大？ 答案 (1)0.4 V (2)0.8 A解析 (1)5 s 内的位移：x ＝12at 2＝25 m ，5 s 内的平均速度v ＝xt＝5 m/s(也可用v ＝0＋v 52求解)故平均感应电动势E ＝Bl v ＝0.4 V. (2)第5 s 末：v ′＝at ＝10 m/s ， 此时感应电动势：E ＝Bl v ′则回路电流为：I ＝E R ＝Bl v ′R ＝0.2×0.4×101 A ＝0.8 A ．。
【创新设计】2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-2学案：第3章 第3讲 习题课 交变电流的产生及描述 Word版
第3讲 习题课 交变电流的产生及描述[目标定位] 1.进一步熟悉交变电流的产生过程，能够求解交变电流的瞬时值.2.进一步理解交变电流图象的物理意义.3.知道交变电流“四值”的区别，应用“四值”求解相关问题．1．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦式交变电流，感应电动势的瞬时值表达式e ＝E m sin_ωt (从中性面开始计时)．2．交变电流感应电动势的最大值E m ＝nBSω，即最大值由线圈匝数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、转轴的位置无关(填“有关”或“无关”)．3．线圈在转动过程中的平均感应电动势，要用法拉第电磁感应定律计算，即E ＝n ΔΦΔt.4．正弦交流电的有效值U ＝U m 2，I ＝I m2.其他非正弦交流电的有效值根据有效值的定义求解.一、交变电流的瞬时值及图象问题 1．求解感应电动势瞬时值 (1)确定线圈转动从哪个位置开始；(2)确定线圈转动的角速度ω(以rad/s 作单位)； (3)确定感应电动势瞬时值表达式．2．正弦交流电的图象是一条正弦曲线，从图象中可以得到以下信息：(1)周期(T )和角速度(ω)：线圈转动的角速度ω＝2πT.(2)峰值(E m ，I m )：图象上的最大值，可计算出有效值E ＝E m 2，I ＝I m2.(3)瞬时值：每个“点”表示某一时刻的瞬时值．(4)可确定线圈位于中性面的时刻，也可确定线圈平行于磁感线的时刻．(5)判断线圈中磁通量Φ及磁通量变化率ΔΦΔt的变化情况．例1 如图1所示是一多匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电动势的图象，根据图象可知( )图1A ．此交变电动势的瞬时表达式为e ＝200sin (0.02t ) VB ．此交变电动势的瞬时表达式为e ＝200sin (100πt ) VC ．t ＝0.01 s 时，穿过线圈的磁通量为零D ．t ＝0.02 s 时，穿过线圈的磁通量的变化率最大 答案 B二、平均值及电荷量的求解 1．感应电动势的平均值E ＝nΔΦΔt. 2．求电荷量要用平均感应电流：I ＝ER ＋r ，q ＝I ·Δt ＝n ΔΦR ＋r.例2 发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm 的正方形线圈，将它置于磁感应强度B ＝0.05 T 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴以ω＝100π rad/s 的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时．线圈和外电路的总电阻R ＝10 Ω. (1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)线圈从计时开始，转过π3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？答案 (1)i ＝2πsin (100πt ) A (2)1×10－2 C解析 (1)感应电动势最大值为E m ＝nBSω＝100×0.05×0.2×0.2×100π V ＝20π V ，I m ＝E mR＝2π A ，所以i ＝I m sin ωt ＝2πsin (100πt ) A.(2)线圈从计时开始，转过π3过程中通过线圈某一截面的电荷量q ＝I t ＝n ΔΦR.从中性面开始计时，转过π3，如图所示．ΔΦ＝B ΔS ＝BS (1－sin 30°)＝12BS ，q ＝nBS 2R ＝100×0.05×0.2×0.220 C ＝1×10－2 C.三、有效值的计算对于交变电流有效值的计算一般有以下两种情况：1．对于按正(余)弦规律变化的电流，可先根据E m ＝nBSω求出其最大值，然后根据E ＝E m2求出其有效值．有关电功、电功率的计算，各种交流仪表读数都要用有效值．2．当电流按非正(余)弦规律变化时，必须根据有效值的定义求解，在计算有效值时要注意三同：相同电阻、相同时间(一般要取一个周期)、产生相等热量．.例3 有两个完全相同的电热器，分别通以如图2甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流．求这两个电热器的电功率之比．图2答案 2∶1解析 交变电流通过纯电阻用电器R 时，其电功率P ＝I 2R ，I 应该是交变电流的有效值． 对于题图甲所示的方波交变电流，因大小恒定，故有效值I 甲＝I m 对于题图乙所示的正弦交变电流，有效值I 乙＝22I mP 甲＝I 2m R ，P 乙＝⎝⎛⎭⎫I m 22R ＝12I 2m R所以P 甲∶P 乙＝2∶1.例4 如图3所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B .电阻为R 、半径为L 、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O 轴以角速度ω匀速转动(O 轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为( )图3A.BL 2ω2RB.2BL 2ω2RC.2BL 2ω4RD.BL 2ω4R答案 D解析 扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L ，各点的平均速度v ＝Lω2，导线框进磁场(用时18周期)和出磁场(用时18周期)有感应电流产生，由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有：E ＝BL 2ω2，E 2R ×T 4＝I 2RT ，可得I ＝BL 2ω4R ，故D 正确，A 、B 、C 错误．四、交变电流的“四值”的综合应用最大值、有效值、瞬时值、平均值，在不同情况下的使用： 1．在研究电容器的耐压值时，只能用最大值．2．在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值W ＝EIt ，Q ＝I 2Rt ；交流电表指示的也是有效值．3．在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值． 4．在研究某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值．例5 如图4所示，在匀强磁场中有一个内阻r ＝3 Ω、面积S ＝0.02 m 2的半圆形导线框可绕OO ′轴旋转．已知匀强磁场的磁感应强度B ＝52π T ．若线框以ω＝100π rad/s 的角速度匀速转动，且通过电刷给“6 V ，12 W ”的小灯泡供电，则：图4(1)若从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)从图示位置开始，线框转过90°的过程中，通过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？(3)由题目所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡的实际功率为多大？答案 (1)e ＝102cos (100πt ) V(2)260πC 无关 (3)不能 253W解析 (1)线框转动时产生感应电动势的最大值E m ＝BSω＝52π×0.02×100π V ＝10 2 V因线框转动从平行于磁感线位置开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式 e ＝E m cos ωt ＝102cos (100πt ) V.(2)线框转过90°过程中，产生的平均电动势E ＝ΔΦΔt ＝2BSωπ，流过的电荷量q ＝I ·14T ＝BSR ＋r ，灯泡电阻R ＝U 20P 0＝6212 Ω＝3 Ω.故q ＝BS R ＋r ＝52π×0.023＋3C ＝260π C ，与线框转动的快慢无关．(3)线框产生的电动势的有效值E ＝E m 2＝10 V ，灯泡两端电压U ＝E R ＋rR ＝5 V ．因U ＜6 V ，故灯泡不能正常发光，其实际功率P ＝U 2R ＝523 W ＝253W.图象信息分析1．某正弦式交流电的电流i 随时间t 变化的图象如图5所示．由图可知( )图5A ．电流的最大值为10 AB ．电流的有效值为10 AC ．该交流电的周期为0.03 sD ．该交流电的频率为0.02 Hz 答案 B解析 由题图知此交流电的最大值为10 2 A ，则有效值为I ＝1022A ＝10 A ；周期为0.02s ，则频率为f ＝1T＝50 Hz.有效值的理解和计算2．如图6所示，一正弦交流电通过一电子元件后的波形图，则下列说法正确的是( )图6A ．这也是一种交流电B ．电流的变化周期是0.01 sC ．电流的有效值是1 AD ．电流通过100 Ω的电阻时，1 s 内产生的热量为200 J 答案 C解析 因电流方向不变故不是交流电，A 错；其周期为0.02 s ，B 错；由电流的热效应可知⎝⎛⎭⎫222R T2＝I 2RT ，解得：I ＝1 A ，故C 对；由Q ＝I 2Rt 可知Q ＝1×100×1 J ＝100 J ，D 错．交变电流“四值”的应用3. 交流发电机线圈电阻r ＝1 Ω，用电器电阻R ＝9 Ω，电压表示数为9 V ，如图7所示，那么该交流发电机( )图7A ．电动势的峰值为10 VB ．电动势的有效值9 VC ．交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 2 VD ．交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为202π V答案 D解析 电压表示数等于路端电压，电路中的电流为I ＝U R ＝99 A ＝1 A ，所以电动势的有效值为E ＝I (R ＋r )＝1×(1＋9) V ＝10 V ，所以电动势的最大值为E m ＝2E ＝10 2 V ，故选项A 、B 错；线圈通过中性面时Φ最大，但ΔΦΔt＝0，故e ＝0，选项C 错；线圈从中性面转过90°过程中，ΔΦ＝BS ，Δt ＝T 4＝π2ω，所以E ＝n ΔΦΔt ＝2nBSωπ，由于E m ＝nBSω，所以E ＝2E mπ＝202πV ，选项D 对．(时间：60分钟)题组一 交变电流的产生规律及图象的应用1．一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e 随时间t 变化的规律如图1所示，下列说法中正确的是( )图1A ．此交流电的频率为0.2 HzB ．此交变电动势的有效值为1 VC ．t ＝0.1 s 时，线圈平面与磁场方向平行D ．在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为1100πWb 答案 D解析 由图可知，此交流电的周期T ＝0.2 s ，频率f ＝1T ＝5 Hz ，A 错；E ＝E m 2＝22V ，B 错；t ＝0.1 s 时，电动势为0，线圈平面与磁感线垂直，C 错；因E m ＝nBSω，其中n ＝10，ω＝2πT＝10π rad/s ，故Φ＝BS ＝1100π Wb ，D 正确．2．风速仪的简易装置如图2所示．在风力作用下，风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈中的感应电流随风速的变化而变化．风速为v 1时，测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示；若风速变为v 2，且v 2＞v 1，则感应电流的峰值I m 、周期T 和电动势E 的变化情况是( )图2A ．I m 变大，T 变小B ．I m 变大，T 不变C ．I m 变小，T 变小D ．I m 不变，E 变大 答案 A解析 风速增大，周期T 变小，电动势E 变大，感应电流的峰值I m 变大，选项A 正确． 3．电阻为1 Ω的某矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的正弦交流电的图象如图3图线a 所示；当调整线圈转速后，该线圈中所产生的正弦交流电的图象如图线b 所示，以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的是( )图3A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B ．线圈先后两次转速之比为3∶2C ．交流电a 的电动势的有效值为5 2 VD ．交流电b 的电动势的最大值为5 V 答案 BC解析 由题图可知，t ＝0时刻线圈中的感应电流为0，感应电动势为0，穿过线圈的磁通量的变化率为0，所以穿过线圈的磁通量最大，选项A 错误；由题图可得线圈先后两次转动的周期之比为0.4∶0.6＝2∶3，选项B 正确；由题图可得交流电a 的电流的最大值为10 A ，有效值为102A ＝5 2 A ，又矩形线圈的电阻为1 Ω，所以交流电a 的电动势的有效值为5 2V ，选项C 正确；由E ＝nBSω、ω＝2πT可得电动势与周期成反比，所以交流电b 的电动势的最大值为203 V ，选项D 错误．题组二 有效值的应用4．如图4甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u ＝311sin (100πt ) V ，当开关S 接通时，电热丝的电功率为P 0；当开关S 断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则( )图4A ．开关接通时，交流电压表的读数为220 VB ．开关接通时，交流电压表的读数为311 VC ．开关断开时，交流电压表的读数为311 V ，电热丝功率为P 02D ．开关断开时，交流电压表的读数为156 V ，电热丝功率为P 02答案 AD解析 交流电压表的读数为有效值，计算热功率要用有效值．开关接通时，交流电压峰值U m ＝311 V ，所以有效值U ＝U m2≈220 V ，A 正确；开关断开时，取一个周期T ，电热丝产生的热量减半，所以由P ＝Q T ，电热丝功率为P 02，由P ＝U 2R ，电压有效值为U2≈156 V ，电压表示数为156 V ，D 正确．5．如图5所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min 的时间，两电阻消耗的电功之比W 甲∶W 乙为( )图5A ．1∶ 2B ．1∶2C ．1∶3D ．1∶6 答案 C解析 计算电功时，I 要用有效值．图甲中，由有效值的定义得(12)2R ×2×10－2＋0＋(12)2R ×2×10－2＝I 21R ×6×10－2，得I 1＝33 A ；图乙中，电流的值不变，I 2＝1 A ，由W ＝I 2Rt 可以得到W 甲∶W 乙＝1∶3.C 正确． 题组三 交流电“四值”的应用6．标有“220 V,0.5 μF ”字样的电容器能接入下面哪个电路中使用？( ) A ．e ＝220sin 100πt V B ．220 V 的照明电路中 C ．e ＝380sin 100πt V D ．380 V 的照明电路中 答案 A7．如图6所示，交流电压u ＝311sin (314t ＋π6) V 加在阻值为220 Ω的电阻两端，则( )图6A ．电压表的读数为311 VB ．电流表的读数为1.414 VC ．电流表的读数为1 AD ．2 s 内电阻产生的电热是440 J 答案 CD解析 电压表测的是有效值，故读数为3112 V ，电流表示数应为1 A ，故C 、D 正确．8．在图7所示电路中，A 是熔断电流I 0＝2 A 的保险丝，R 是可变电阻，S 是交流电源．交流电源的内阻不计，其电动势随时间变化的规律是e ＝2202sin (314t ) V ．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( )图7A ．110 2 ΩB ．110 ΩC ．220 ΩD ．220 2 Ω 答案 B解析 U ＝220 V ，R min ＝U I 0＝2202Ω＝110 Ω.9. 如图8所示，一半径为r 的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B .线圈以直径ab 为轴匀速转动，转速为n ，磁场位于ab 左侧且方向垂直于纸面向里(与ab 垂直)，M 和N 是两个滑环，负载电阻为R .线圈、电流表和连接导线的电阻不计，下列说法中正确的是( )图8A ．转动过程中电流表的示数为π2Bnr22RB ．从图示位置起转过14圈的时间内产生的平均感应电动势为2n πBr 2C ．从图示位置起转过14圈的时间内通过负载电阻R 的电荷量为2B π2r 28RD ．以上说法均不正确 答案 AB解析 交流电流的最大值为I m ＝B ·πr 22·2πn R ＝B π2nr 2R，转动过程中通过电流表的示数为有效值，取一个周期T ，根据有效值的定义有I 2RT ＝I m 22R ·T 2＋0，解得I ＝π2Bnr 22R ，A 对．平均感应电动势E ＝B ×12πr 2π2×2n π＝2n πBr 2，B 对．通过负载电阻R 的电荷量为q ＝ΔΦR ＝B ×12πr 2R ＝B πr 22R，C 错．10. 如图9所示，线圈面积为0.05 m 2，共100匝，线圈总电阻为1 Ω，与外电阻R ＝9 Ω相连，线圈在B ＝2πT 的匀强磁场中绕OO ′轴以转速n ＝300 r/min 匀速转动．从线圈处于中性面开始计时，求：图9(1)电动势的瞬时值表达式；(2)两电表、的示数；(3)线圈转过160s 时电动势的瞬时值； (4)线圈转过130s 的过程中，通过电阻的电荷量； (5)线圈匀速转一周外力做的功．答案 见解析解析 (1)E m ＝NBSω，ω＝2πn ，因为n ＝300 r/min ＝5 r/s ，ω＝2πn ＝2π×5 rad/s ＝10π rad/s ，所以E m ＝NBSω＝100×2π×0.05×10π V ＝100 V. 从线圈处于中性面开始计时，则e ＝E m sin ωt ，所以e ＝100sin (10πt ) V.(2)此时两表的示数：I ＝E R ＋r ＝E m2R ＋r＝1002×10 A ＝5 2 A. U R ＝IR ＝52×9 V ＝45 2 V .(3)当线圈转过160s 时， e ＝100sin (10π×160) V ＝100sin π6 V ＝50 V. (4)线圈转过t ＝130s 的过程中，转过的角度为： θ＝ωt ＝10π×130＝π3，通过电阻的电荷量为：q ＝I Δt ＝E R ＋r Δt ＝N |ΔΦ|Δt R ＋r Δt ＝N |ΔΦ|R ＋r. |ΔΦ|＝|Φ2－Φ1|＝|BS (cos π3－1)|＝12BS ， 所以q ＝N |ΔΦ|R ＋r＝100×12BS 10＝12π C. (5)线圈匀速转动一周，外力做功与电流做功相等W F ＝E 2R ＋rT ＝(1002)210×15 J ＝100 J ．。
创新设计20152016学年高二物理鲁科版选修32ppt课件52常见传感器的工作原理讲授式
特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小__，具有负 温度系数
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金属热电阻
铂电阻
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红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的
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3.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的 水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( ) A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显 C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显 D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
思考与讨论： ②熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣 物需要设定不同的温度，这是 如何使用调温旋钮来实现的？
答：熨烫棉麻衣物和熨 烫丝绸衣物需要设定不同的 温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性 钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的 目的．
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热敏电阻或金属热电阻： 把温度这个热学量转换为电阻这个电学 量
电阻——温度特性曲线
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你能设计一个简易温度报警器吗？
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3
如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡， 当温度降低时( ) A．R1两端的电压增大 B．电流表的示数增大 C．小灯泡的亮度变强 D．小灯泡的亮度变弱
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交变电流的周期为0.25 s
频率为4 Hz
A．交变电流的周期为 0.125 s B．交变电流的频率为 8 Hz C．交变电流的有效值为 2A D．交变电流的最大值为 4 A
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由欧姆定律可知交变电流的最大值为2A
有效值为 2A
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课堂讲义
三、交变电流有效值的计算 1．对有效值的进一步理解：
所以 U＝5 3 V
目标定位
预习导学
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对点练习
对点练习
直流电和交流电的区别
1．对于如图所示的电流i随时间t做周期性 变化的图象，下列说法中正确的是( )
交变电流
A．电流大小变化，方向不变，是直流电 B．电流大小、方向都变化，是交变电流 C．电流最大值为0.2 A，周期为0.01 s D．电流大小变化，方向不变，不是直流 电，是交变电流
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的．
交变电流
(2)理解有效值重点在“等效”上，“效果”相同在定义中体现为相同电阻 、相同时间，产生相同热量，交变电流与多大的直流电“效果”相同，有 效值就是多大．
2．有效值的计算
(1)对于正弦交变电流， 可先根据 Em＝NBSω 求出最大值， 然后根据 E＝ 出其有效值． (2)当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解．
200 小于________V.
1 2π 周期 T＝0.02 s，频率 f＝ ＝50 Hz；ω＝ 100π rad/s. T T
目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习
对点练习
交变电流
交变电流有效值的计算
4．是一交变电流随时间 变化的图像，求此交变 电流的有效值．
在一周期 (T＝ 0.3 s)内，产生的热量
变电压随时间变化的
图像，求此交变电压
的有效值．
在一个周期(0.2 s)内，产生的热量 Um2 2 2 U1 U2 U2 15 2 2 Q′＝ t1＋ t2＝ t1＋ t2＝ R R R R R 在这一个周期内，直流电产生的热量 U2 0.2U2 Q＝ T＝ R R 由 Q＝Q′，得 0.2U 15 ＝ ， R R U′＝U＝5 3 V.
)
仅限于正弦交流电而言
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对点练习
对描述交变电流物理量的认识
3.某交变电压随时间的变化规律如图
交变电流
所示，则此交变电流的频率为
50 ________Hz. 线圈转动的角速度是 100π ________rad/s. 若将此电压加在10 μF
的电容器上，则电容器的耐压值不应
4．峰值：也叫最大值． 电容器接在交流电路中，交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．
5．有效值 有效值是根据电流热效应定义的．
目标定位
预习导学
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对点练习
课堂讲义
例2 小型交流发电机中，矩形金
交变电流
属线圈在匀强磁场中匀速转动，产 生的感应电动势与时间呈正弦函 数关系，如图所示，此线圈与一个 R＝10 Ω 的电阻构成闭合电路，不 计电路的其他电阻．下列说法正确 的是( )
I1m 2 I2m 2 = 2 2 Q′＝ I1Rt1＋ I2Rt2＝ Rt1＋ Rt2 10.8R 2 2
在这一个周期内，直流电产生的热量 Q＝ I2RT＝ 0.3I2R 由 Q＝ Q′得 0.3I2R＝ 10.8R， 所以 I＝ 6 A， I′＝ I＝ 6 A.
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课堂讲义
二、对描述交变电流物理量的认识 1 1 1．周期和频率的关系：T＝ ，f＝ f T
交变电流
2π 2．角速度与周期、频率的关系：ω＝ ＝2πf T
3．转速(n)：线圈单位时间(1 s 或 1 min)转过的圈数，单位是 r/s 或 r/min. n 角速度与转速的关系：ω＝2πn(n 的单位为 r/s)或 ω＝2π (n 单位为 r/min) 60
交变电流
方向不随时间变化的电流叫直流电．直流电分为恒定电流和脉动直 流电两类．其中大小和方向都不随时间改变的电流叫恒定电流；方向 不随时间改变、而大小随时间改变的电流叫脉动直流电．
2．交变电流及其分类
大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流．其中大小不变、 方向改变的电流也是交变电流．按交变电流的特点可分为正弦(或余 弦)式交变电流和矩形波交变电流、锯齿波交变电流等．
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课堂讲义
对点练习
预习导学
一、恒定电流和交变电流的比较 大小和方向
交变电流
交变电流
二、交变电流的周期和频率 1次周期性变化 次数 赫兹 Hz
三、交变电流的最大值和有效值
最大
相等 最大值 有效值
目标定位
有效值
有效值
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预习导学
课堂讲义 一、直流电和交变电流
1．直流电及其分类
根据电流的热效应先计算电流的有效值． 由 0.12R× 0.4× 2＋0.22R× 0.1× 2＝I2R× 12，可得流过电阻 10 的电流的有效值 I＝ A，再由电阻两端电压的有效 25 值为 U＝IR＝4 10 V 可得 B 正确．
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预习导学
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对点练习
课堂讲义针对训练 Fra bibliotek是一交交变电流
Em 求 2
计算交变电流在一个周期内产生的热量Q
U T 将热量Q用相应的物理量的有效值表示Q＝I2RT或 Q = R
2
代入数值求解有效值 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习
课堂讲义
例3 通过一阻值 R＝100 Ω 的电阻的交变电流如图 )
交变电流
所示， 其周期为 1 s． 电阻两端电压的有效值为( A．12 V C．15 V B．4 10V D．8 5V
高中物理· 选修3-2· 鲁科版
第三章 交变电流
第一讲 交变电流
目标定位
预习导学
课堂讲义
对点练习
目标定位
交变电流
理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向. 1 知道什么是交变电流，通过实验探究出恒定电流与交变电流的
区别
2
知道交变电流的周期和频率、最大值和有效值.
3
了解最大值和有效值不同的实际应用意义
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再见
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电流最大值为0.2 A，周期为0.01 s 电流大小变化，但方向不变，是直流电，不是交变电流
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对点练习
对描述交变电流物理量的认识
交变电流
2． 关于交流电的有效值 U 和最大值 Um， 下列说法中正确的是( Um A．任何形式的交流电都具有 U＝ 的关系 2 Um B．只有正弦交流电才具有 U＝ 的关系 2 C．照明电压 220 V，动力电压 380 V 指的都是最大值 D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值
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预习导学
课堂讲义
对点练习
课堂讲义 一、直流电和交变电流
3．交变电流的图象
交变电流
从图中可以找出正弦式交变电流的最大值 Im 和周期 T.
4．常见的交变电流的波形图
目标定位
预习导学
课堂讲义
对点练习
课堂讲义
例1 下列各图中，表示交变电流的是( )
交变电流
方向随时间作周期性变化是交变电流的重要特征