2019-2020年高一物理 5.1 交变电流学案
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2019-2020年高一物理 5.1 交变电流学案
学习目标:
1.使学生理解和掌握线框在磁场中的不同位置时,感应电动势的大小和方向的变化。
2.掌握交变电流的变化规律,会用e =E m sin ωt ,解题。
3.自己能分析交变电流Φ-t 图与E-t 图间的关系。 【要点导学】
一、交流电:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做__________,方向不随时间变化的电流称为______,大小和方向都不随时间变化的电流称为__________.
二、交变电流的产生:
1.过程分析
2.中性面:_______________________________
甲 戊 丁 丙
乙
磁通量___________
磁通量的变化率____________ 感应电动势e =________,_______感应电流
感应电流方向________,线圈转动一周,感应电流方向改变______次
【例1】一矩形线圈,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 的变化如图所示。下面说法中正确的是 ( )
A .t 1时刻通过线圈的磁通量为零
B .t 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C .t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D .每当e 转换方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 【例2】.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图6所示,则下列说法中,正确的是( )
图6
A .t =0时刻,线圈平面与中性面垂直
B .t =0.01 s 时刻,穿过线圈平面的磁通量的变化率最大
C .t =0.02 s 时刻,线圈中有最大感应电动势
D .t =0.03 s 时刻,线圈中有最大感应电流 3、交变电流的变化规律:
如图所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程:
当以线圈通过中性面对为计时起点时,交变电流的函数表达式:e=E m sin ωt ,其中E m =2NBLv=NB ωS ;i=I m sin ωt ,其中I m =E m /R 。
当以线圈通过中性面对为计时起点时,交变电流的函数表达式:e=E m sin ωt ,其中E m =2NBLv=NB ωS ;i=I m sin ωt ,其中I m =E m /R 。
图5-1-2所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的e -t 和i-t 图象:
特点
【例3】 如图所示,匀强磁场的磁感应强度B =2 T ,匝数n =6的矩形线圈abcd 绕中心轴OO ′匀速转动,角速度ω=200 rad/s 。已知ab =0.1 m ,bc =0.2 m ,线圈的总电阻R=40Ω,试求:
(1)感应电动势的最大值,感应电流的最大值;
(2)设时间t =0时线圈平面与垂直,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(3)画出感应电流的瞬时值i 随ωt 变化的图象;
(4)当ωt =30°时,穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大?
(5)线圈从图示位置转过的过程中,感应电动势的平均值是多大?
三、交变电流 1.定子和转子
2.旋转电枢式发电机
3.旋转磁极式发电机
【随堂练习】
1.两电路中的电流分别为图a 和图b 所示,试判断a 、b 是否为交变电流?
2.正弦交变电动势的最大值出现在( )
A .线圈经过中性面时
B .穿过线圈的磁通量为零时
C .穿过线圈的磁通量变化最快时
D .线圈边框的速度与磁感线垂直时 3.如图所示的100匝矩形线框绕OO ′轴匀速转动,转速为120r/min 。ab=cd=0.2m ,ad=bc=0.1m ,磁感应强度B =1T ,试求:
(1)线圈中产生的感应电动势的最大值是多少? (2)感应电动势的瞬时表达式;
(3)线圈与外电路组成闭合电路时,总电阻为100Ω,从图示位置计时,求电流的瞬时表达式及t=1/12s 时的电流。
(4)从图示位置转过90°和180
O ′ O
c d b
a B
【课后作业】
1、图5-1-4所示各的电流中不是交流电的是:(AD)
2、如图5-1-5所示,一线圈在匀强磁场中匀速转动,经过图所示位置时,( C )
A.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小
B.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最大
C.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大
D.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最小
3、交流发电机在工作时的电动势为e=E m sin t,若将其线框的转速提高到原来的两倍,其他条件不变,则其电动势变为( D )
A.E m sin t/2
B.2E m sin t/2
C.E m sin2t
D.2E m sin2t
4、如图5-1-6所示,若线框abcd不闭合,当磁铁转动时,下列说法中正确的是( C )
A.线框中产生感应电动势,可跟随磁铁转动
B线框中不产生感应电动势,可跟随磁铁转动
C.线框中产生感应电动势,不跟随磁铁转动
D.线框中不产生感应电动势,不跟随磁铁转动
5、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt,从t =0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为( C)
A.1/50 s
B.1/100 s
C.1/200 s D1/400 s
6、矩形线圈的面积为S,匝数为n,在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO 以角速度ω匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图5-1-7示位置时( AD)
A.线圈中的电动势为0
B.线圈中的电动势为
C.穿过线圈的磁通量为0
D.线圈不受安培力作用
7、线圈在磁场中转动时产生的交变电流如图5-1-8所示,从图中可知:( B )