人教版高二物理选修交变电流

3.转速对交变电流的影响：由e=NBSωsinωt可 知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应 电动势随之增大，同时大家交好 变电流的变化也加快20。
交流电的图像
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3、交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯ห้องสมุดไป่ตู้波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
• t1时刻通过线圈的磁通量为零； • t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大； • t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大； • 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都
为最大。
答案： D
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例题3
3. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不 变，则电动 势的变化规律将变化为：
c. 当线圈转至中性面时，电流方向发生改变
d. 线圈转动一周电流方向改变两次
（2）（乙）（丁）最大值面（线圈垂直中性面）
特点：a. 磁通量Φ为0 b. E最大，磁通量的变化率ΔΦ/Δt最大
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三、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中 的感应电动势（ab和cd边切割磁感线 ）
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子
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总结： 1.交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。
2.交变电流的变化规律： 方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电 流的方向就改变一次；线圈转动一周，
感应电流的方向改变两次。
大小变化规律-------按正弦规律变化：
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拓展延伸：产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强 磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生．本 题金属棒在导轨上作简谐运动切割磁感线，也能产生 正弦式交流电．即使是线圈转动，也不一定是矩形线 圈，也不一定绕线圈的对称轴．只要是绕垂直于磁场 方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电 流仍是正弦式交流电．
1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？
2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时 感应电动势是最大还是最小？
3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时 感应电动势是最大还是最小？
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为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化 为平面图来分析.
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B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流—— 中性面
若电流大小、方向都不变则是以前所说过的 恒定电流（也属直流电）
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一、交变电流的产生
按下图所示进行实验演示
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• 实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右 摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次．
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一、交变电流
1．交变电流：方向随时间作周期变化的电流，叫 做交变电流，简称交流 ．
一、交变电流
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2
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穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产 生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产 生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定 的，可以是变化的，可以是周期性变化的， 本节我们将研究一种十分重要的周期性变化 的电流——正弦式交变电流．
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直流电:电流方向不随时间而改变
注：可是大小和方向都周期性变；也可以是大 小不变，方向周期性变。
2．直流电:电流方向不随时间而改变
若电流大小、方向都不变则是以前所说过的恒 定电流（也属直流电）
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二、交变电流的产生
设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场
的对称轴以角速度匀速转动，如图（P32页5.3-3）所
示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．
e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值
i=Imsinωt
Im=Em/R叫电流的最大值
u=Umsinωt
Um=ImR叫电压的最大值
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1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于 交变电流的是 A B D ，属于正弦交变电流的 是 A。
i
t
A
B
C
D
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2 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随时间的变化 规律如图所示，下面说法中正确的是：
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结束
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解析:(1)因为导体棒做简谐运动，必定在AA′和BB′ 中间的OO′速度最大，此时刻便是v=v0cosωt的计时 起点．
导体棒产生的感应电动势
eBlvBlv0cost
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通过电阻R的电流
i e Blv0 cost
Rr Rr
R两端的电压
uiRBlv0Rcost
Rr
(2)导体运动方向发生变化，即导体棒在AA′、BB′位 置时电流的方向发生变化，此时刻导体棒的速度为零， 瞬时电动势和电流都为零，电流的变化率等最大．
u=Umsinωt(从中性面开始计时) u=Umcosωt(从从B∥S开始计时)
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注意：
1.建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em、ω， 同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲 线，e=Emsinωt;从垂直中性面开始是余弦曲线， e=Emcosωt）.
2.由Em=N·2BL1v=NBL1L2ω=NBSω=NΦmω可 知，峰值Em与线圈的面积有关。而与垂直于磁 场方向的转动轴的位置无关，与线圈的形状也 无关。
cd边中的感应电动势就是
e cd
BL1V⊥
BL1
L2sin 2
t
1 2
BL1L2 sin t
ab 边中的感应电动势跟cd边中的大小相同，而且两边又是串联的
所以，这一瞬间整个线圈感应电大动家好势
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小结
（1）电动势按正弦规律变化 eEms int
• 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面 时开始计时．
（2）电流按正弦规律变化 iIms int
（3）电路上的电压按正弦规律变化 uUms int
电流 iIms int 通过R时：
uiR ， U mImR.
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2、交变电流的变化规律 (1)感应电动势:
e=nBsωsinωt=Emsinωt(从中性面开始计时) e=nBsωcosωt=Emcosωt(从B∥S开始计时) (2)感应电流: i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(从中性面开始计时) i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt(从从B∥S开始计时) (3)外电路电阻两端的电压:
(甲)
B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流— —中性面 E=0 , I=0，Φ有最大值
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B∥S，φ=0， a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大
(乙)
B∥S，φ=0， a（b）d（c）垂直切割， E最大,感应电流最大,电流
方向 b—> a
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B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流——中性面
（2）如图所示，当T1<t<T2时间 内，小灯泡亮了，当T2<t<T3时间 内，小灯泡变暗了，在T3<t<T4时 间内小灯泡又亮了。
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8.放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻R相连，如图 所示，匀强磁场的磁感应强度为B，与导轨平面垂
直．一根长度为l (等于平行导轨间距)的金属棒电阻为r，
放置在导轨上，当金属棒在AA′和BB′之间做简谐运 动时，速度随时间的变化规律是v=v0cosωt
答案（1）e=311Sin100πt(V) （2）I=3.11Sin（100π×1/120）=3.11×1/2=1.55（A）
（3）E m=311V
E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）
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7、手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？
分析：（1）灯泡发光需要一定的电压，只有大于该值 时，才能使灯泡发光。
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式。
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、 在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？ （3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、
平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
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交流发电机
发电机的基本组成? 发电机的基本种类?
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交流发电机简介
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• （1）发电机的基本组成： • ①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） • ②用来产生磁场的磁极 • （2）发电机的基本种类 • ①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动） • ②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）
(丙)
B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流— —中性面
E=0 , I=0，Φ有最大值
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B∥S，φ=0，垂直切割，感应电流最大
B∥S，φ=0，垂直切割， E最大,感应电流最大,电流 方向a —>b
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（1）（甲）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面
特点:
a. 磁通量Φ最大 b. E＝0，磁通量的变化率ΔΦ/Δt为零
A。e=EmSin2ωt C. e=2EmSin4ωt
B. e=2EmSin2ωt D. e=2EmSinωt
答 案
B
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４、线圈从中性面开始转动，角速度是，
线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在 任一时刻t感应电动势的瞬时值e