2018年粤教版物理选修3-2 第2章 第1节 认识交变电流
物理(粤教版选修3-2)第2章第一节 认识交变电流第二节 交变电流的描述
物理·选修3－2(粤教版)第一节认识交变电流第二节交变电流的描述一、单项选择题1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是() A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C．线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次D．线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都要改变一次解析：理解交变电流产生的过程和中性面的特点是解题的关键．答案：C2．下列四幅图象中不属于交流电的是( )解析：大小和方向都改变的电流叫交流电．图A 、B 、C 中的电流方向均发生了变化，故它们属于交流电，但B 和C 不是按正弦规律变化的交流电．答案：D3．下列各物理量中，对线圈上产生的交流电动势不产生影响的是( ) A ．匀强磁场的磁感应强度 B ．线圈的总电阻 C ．线圈的转速 D ．线圈的匝数解析：E m ＝NBSω，e ＝E m sin ωt ，与B 、S 、ω、N 有关． 答案：B4．已知交流电的瞬时值表达式是i ＝5sin 50πt (A)，从t ＝0起到第一次出现最大值的时间是( )A.1100 sB.1150 sC.1200 sD.150 s解析：由T ＝2πω＝2π50π＝125 s ，当t ＝14T ＝1100s 时，i 第一次等于5 A.答案：A二、双项选择题5．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面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零时，线框中的感应电动势也为零C．每当线框掠过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零解析：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与磁感线平行，不切割磁感线，所以电动势等于零，感应电流的方向也就在此时刻变化．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D选项正确．答案：CD6．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间变化关系如下图所示，则下列说法中正确的是()A．t＝0时，线圈平面与磁感应线平行B．t＝0.01 s时，磁通量的变化率最大C．t＝0.03 s时，线圈上的电动势值最大D．线圈上的e-t图象与Ф—t图象重合解析：t＝0时，磁通量最大是线圈平面与磁感应线垂直的时候，故A错；Ф－t图中某一点的切线的斜率代表磁通量的变化率，故在t＝0.01 s和t＝0.03 s 时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，电动势最大，即e－t图象与Ф－t图象不重合，故B、C正确，D错．答案：BC7．一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于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t的变化规律如下图所示，由图象可知()A．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C．是从中性面开始计时的D．每当感应电动势e变换方向时，穿过线圈的磁通量都最大解析：t1和t3时刻电动势都为零，即都是转到中性面的时刻，则磁通量最大、磁通量变化率为零，故A错，B对；此图为余弦图，是从与磁场平行的平面开始计时的，故C错；每经过一次中性面感应电动势e都变换方向，此时磁通量最大，故D对．答案：BD8．线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e＝102sin 20πt(V)，则下列判断正确的是()A．t＝0.5 s时，穿过线圈的磁通量最大B．t＝1 s时，导线切割磁感应线的速度最大C．t＝1.5 s时，线圈位于中性面D．t＝2 s时，e有最大值为10 2 V解析：将t＝0.5 s、1 s、1.5 s、2 s分别代入表达式得到e＝0，即都是处于中性面上，由中性面特点可知A、C对，B、D错．答案：AC9．某发电机产生的电压为e＝50sin 314t(V)，由函数可知下列有关描述此交变电流的物理量正确的是()A．周期为T＝0.02 sB．频率为f＝100 HzC．峰值电压为E m＝50 VD．角速度为ω＝200 rad/s解析：由T＝2π314s＝2×3.14314s＝0.02 s得A对，则f＝1T＝50 Hz，B错；对比e＝E m sin ωt可知C对，D错．答案：AC三、非选择题(按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位．)10．有一矩形线圈在匀强磁场中绕其垂直于磁场的一边匀速转动，产生如下图所示的电动势，已知该线圈的匝数n ＝100匝，则线圈的角速度ω＝_______________rad/s.穿过线框的磁通量最大值Фm ＝______________Wb ，此时的电动势值为e ＝_______________V ．在t ＝0.005 s 的时间内，线框产生的平均电动势E ＝____________V .解析：由图可知T ＝0.02 s ，则ω＝2πT ＝2π0.02rad/s ＝100π rad/s ，E m ＝NBSω＝314 V 即NΦm ω＝314 V ，解得Фm ＝0.01 Wb ；此时磁通量变化率为零即e ＝ 0 V ；E ＝N ΔΦΔt ＝NBS Δt ＝NΦm Δt ＝100×0.010.005 V ＝200V .答案：100π 0.01 0 20011. 交流发电机的转子是边长为0.2 m 的正方形，线圈匝数为100匝，内阻不计，初始位置如右图所示，以ad ，bc 中点连线为轴，用600 r/min 的转速在磁感应强度为0.08 T 的匀强磁场中匀速转动，求：(1)线圈从图示位置起转过90°过程中的平均感应电动势； (2)写出线圈上产生的交流电动势瞬时值表达式．解析：(1)在从图示位置起转过90°过程中所用时间为：Δt ＝0.25 T ，而T ＝1f ＝1n ＝110s由法拉第电磁感应定律得：E ＝N ΔΦΔt ＝N BS0.25T ＝100×0.08×0.040.25×0.1 V ＝12．8 V .(2)ω＝2πn ＝2π×10 rad/s ＝20π rad/sE m ＝NBSω＝100×0.08×0.04×20π V ≈20.1 V 所以e ＝20.1sin 20πt .答案：(1)12.8 V (2)e ＝20.1sin 20πt12．一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V ，其线圈共100匝，在匀强磁场中匀速转动的角速度是100π rad/s ，从线圈经过中性面开始计时，求：(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，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式．在t ＝1600s 时电流强度的瞬时值为多少？(3)线圈转过180°的过程中，电动势的平均值是多少？ (4)磁通量的变化率的最大值是多少？解析：(1)正弦交变电流的电动势一般表达式为e ＝E m sin ωt (以中性面开始计时)所以e ＝311sin 100πt (V)．(2)由闭合电路欧姆定律得： i ＝e R ＝E mR sin ωt ， i ＝3.11sin 100πt 故在t ＝1600 s 时， i ＝3.11sin π6≈1.56 A.(3)线框在转过180°的过程中，磁通量的变化 ΔФ＝2BS 此时Δt ＝T 2＝πω由法拉第电磁感应定律得这一过程中的平均电动势 E ＝N ΔΦΔt ＝2πNBSω所以E ＝2πE m ＝198 V .(4)电动势最大时，由法拉第电磁感应定律得：E ＝N ΔΦΔt ，得：ΔΦΔt ＝3.11 Wb/s.答案：见解析。
物理粤教版选修3-2预习导航：第二章第一节认识交变电
第二章 交变电流 第一节 认识交变电流【思维激活】 1.用打点计时器做《测量匀变速运动的加速度》的实验，在实验的过程中由于某种原因，所使用的交变电流的频率稍有增大，而实验人不知这一变化，那么，它所测量的加速度比实际的是偏大还是偏小？提示：该实验是用相等时间内相邻位移之差等于常数来测量的，公式为2aT x =∆，其中T 是交变电流的周期，fT 1=，所以，x f a ∆⋅=2，有关的测量是在频率改变的情况下进行的，代入数据还是按50Hz 来计算，因此计算的结果比实际偏小。
闭合线圈在磁场中转动时，在什么位置电流最大，在什么位置电流方向发生改变？ 【自主整理】1.交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，（俗称交流）随时间按正弦规律变化的交变电流，叫做正弦式电流，正弦式电流的图像可以是正弦图象，也可以是余弦图象。
2.交变电流的产生： （1）产生机理 如图2-1-1所示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，线圈与外电路相连，组成闭合回路，使线圈绕垂直磁感线的轴OO ′做匀速转动时线圈中就会产生交变电动势和交变电流。
图2-1-1（2）中性面平面线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个位置叫做中性面，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量的交化率为零，感应电动势为零线圈经过中性面时，内部的感应电流方向要改变一次。
【高手笔记】交变电流的产生，来自于线圈在匀强磁场中的转动，而它的变化规律，就由线圈切割磁感线的规律所决定，交变电流的生产原理为电磁感应现象，分析交变电流产生的过程时注意应用感应电流产生的条件，感应电流方向判定等“电磁感应”相关知识，分析交变电流变化规律时注意应用图像的方法对感应电动势的变化，感应电流的变化，磁通量的变化进行对比分析，以降低难度，化难为易。
【名师解惑】1.正弦交变电流的瞬时值表达式是怎样导出的？剖析：设线圈从中性面起经时间t 转过角度θ，则θ=ωt ，此时两边ab 、cd 速度方向与磁感线方向的夹角分别为ωt 和180°-ωt ，如图2-1-2所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：a te=BL ab υsin ωt +BL cd =υsin （180°-ωt ） =2BL ab υsin ωt因为2·ad L ωυ=代入上式中得 e=BSωsin ωt +E m sin ωt对纯电阻电路，设闭合电路总电阻为R ，由欧姆定律得闭合回路的电流瞬时值t I t RE R e i m mωωsin sin ===。
高中物理 《认识交变电流》教案 粤教版选修3-2
交变电流的教案一、教学目标1．了解交变电流是是怎样产生的．2．理解交变电流的变化规律．3．认识交变电流的最大值、有效值、周期、频率．二、重点、难点分析1．重点分析交变电流产生的物理过程．使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内，电流的大小及方向是怎样变化的．2．交流电有效值的概念，既是重点又是难点，要使同学理解它的物理意义及在实际中的应用．3．分析交变电流的大小及方向时，线圈运动方向（v）与磁感强度（B）之间的角度关系，是得出交流电变化规律的关键，应注意．三、教具1．示波器，看交变电流图像．2．手摇式交流发电机模型．该发电机可使2.5V小灯泡发光，可使电流表指针摆动．3．可拆式发电机模型．转子可取出、放入，不能真发电，为讲电流方向用．4．挂图，交流发电机．四、主要教学过程（一）引入新课1831年法拉第发现了电磁感应现象，为人类进入电气化时代打开了大门．今天我们使用的电灯、微波炉等家用电器中的交流电是怎样产生并且怎样送到我们的家庭中来的呢？这就是这一章要学习的主要内容，先看“交变电流的产生”．（二）主要教学过程设计1．首先演示手摇发电机，操作时由快转到慢转，使同学看出一闪一闪的亮，快转时则不易看出闪亮．告诉同学：“这就是交变电流”．同时指出：我们点的电灯也是一闪一闪，只不过每秒闪50次看不出来．再将发电机模型中的灯泡取下，连接上电流表，慢慢旋转手摇发电机，使同学看出电流表指针忽大忽小、忽左忽右的摆动．演示目的：使同学对交变电流有一感性认识，即电流的强弱与方向都在随时间做周期性的变化．指出：这些都属交变电流直流．电流的强弱虽然变化，但方向没变．板书：“强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流”．提出问题：这种交变电流是怎样产生的呢？3．挂图或板图（1）首先对原理图1做一些说明．①线圈所在磁场为匀强磁场．②设线圈为矩形线圈，如图2．③图1中线圈abcd为图2中线圈abcd水平放置时的图景，线圈平面与磁感线垂直．图1中abcd所在位置为中性面．（2）规定t=0的时刻为图1中线圈所在的位置为起始时刻，即由中性面开始，逆时针方向转动．角速度为ω．4．分析交变电流产生的过程．（1）先看感应电流方向．根据右手定则引导同学判定线圈在磁场中由中性面开始逆时针方向转动一周的过程中，感应电流的方向改变两次．（2）再看感应电流的大小．全过程可将线圈在磁场中的位置分为如图3所示的0、1、2、3、4、5、6、7八个位置，引导同学讨论在各个位置时，感应电动势的大小．①位置0、4：由于B∥v所以e0=e4=0；线框abcd中无感应电动势．②位置2、6：此时B⊥v所以e2=2Blv，线框中感应电动势e2=e6=2BLv=Em，为感应电动势最大值．③位置1、5：见图4．e1＝Blv⊥=BLvsinθ＝BLvsinωt．e5=Blv⊥=BLvsin（180°＋θ）=-BLvsinωt，负号只表示电动势的方向，即线框中感应电动势由cd边流入，ab边流出，abcd中感应电动势的大小e1=e5=2BLvsinωt=Emsinωt．④位置3、7：e3=BLv⊥=BLvsinωt．e7=Blv⊥=Blvsin（360°-θ）=BLvsinωt．线框abcd中感应电动势大小后半周的讨论，同学会熟练一些．教师应引导同学注意后半周内电动势方向的变化．最后，总结出交变电流的变化规律：在线框旋转一周的时间内，感应电动势的方向变化两次，即每经过中性面变化一次．感应电动势的大小随时间按正弦规律变化，故称为正弦交变电流．5．画出交变电流图像，同时指出若电路闭合，则交变电流、电压的表达式都可写出．上述教学过程暂告一段落，同学可放松一下，教师则可简单介绍一下发电机的实际知识（转子、定子、电枢……）．然后，开始本节课的第二个高潮．6．介绍表征交变电流的几个物理量．由交变电流图像，指出最大值Em、周期T．板书： Em=2BLv．介绍民用及工业用电的频率为50Hz．周期为0.02s，民用交变电流的最大值为311V．提出问题：我们平时常说的220V又是什么值呢？引入有效值概念．7．有效值．板图：甲、乙图中电炉烧水，设壶材料同、水质量相等、水的初温相同．同时加热，若在相同时间内使两壶水烧开．即直流在电阻上产生的焦耳热与交流在相同电阻相同时间内产生的焦耳热相等时，称直流的电压（或电流）为交变电压（或电流）的有效值．板书： Q直=Q交．提问：交变电压的最大值Um=311V时，它的有效值U=？指出：通常所说交变电压的大小均指有效值，交流电压表或交流电流表的示数也均指有效值．8．巩固．试电笔上的氖管，起辉电压为86.6V．若将其接在电压为70.7V，频率为50Hz的交流电源上，氖管能发光吗？提问式启发：70.7V指的是电压的什么值？答：有效值．所以氖管可以发光．又问：频率为50Hz，氖管每秒闪光多少次？答：f=50HZ，则每秒有100次达峰值电压，所以每秒闪光100次．又问：这个交流电压的表达式怎样写？答：f=50HZ，ω=2πf=100rad/s．Um=100V，所以U=100sin100πt（V）．（三）课堂小结1．线圈在磁场中旋转，线圈所围面积中磁通量发生变化，产生感应电动势，外电路闭合时，有交变电流．线圈每旋转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次；线圈两次与中性面垂直时达峰值．交变电流按正弦规律变化．2．正弦交变电流的瞬时值表达式为：3．交变电流有效值的概念必须清楚，即交流与直流在热效应相等的条件下，直流电压（电流）值为交变电压（电流）的有效值．五、教学说明1．本教案密度较大，对基础好的学生可一气呵成，将有关交变电流的基础知识一并托出，下节课可安排一定时间复习，如给出交变电流图像，要求能识别出周期、最大值，计算出频率、角频率、有效值等等，使知识落实．对基础差的学生则可将本节内容分成两节进行，将知识点落实的工作一步步完成．2．有条件的学校，可将Em=BSω及Em=NBSω的知识在习题课中补充给学生．。
2018年物理粤教版选修3-2 课件：第二章第一节认识交变电流
感应电流最大． (2)线圈经过中性面时，电流方向将发生改变．
两个特殊位置的特点． (1)线圈平面与中性面重合(S⊥B)时，Φ 最大，ΔΔΦt ＝ 0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． (2)线圈平面与中性面垂直(S∥B)时，Φ＝0，ΔΔΦt 最 大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．
答案：ABD
拓展一 交变电流的产生过程
产生交变电流的基本原理是什么？怎样确定交变电 流的大小和方向？
提示：交变电流的产生，一般都是借助于电磁感应现 象得以实现的．可以说，产生交变电流的基本原理，就是 电磁感应现象中所遵循的规律——法拉第电磁感应定律．
交变电流的大小和方向分别由法拉第电磁感应定律 和楞次定律来确定．
2．(多选)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向 的轴匀速转动( )
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大 B．在中性面时，感应电动势为零 C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 D．线圈每通过一次中性面，电流方向改变一次
解析：中性面是线圈在磁场中运动但不产生感应电动 势的位置，此时线圈的每一条边都不切割磁感线，必定是 线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大．
交变电流的产生过程分析． 如图所示，线圈沿逆时针方向转动．
图中(a)、(c)、(e)所示的位置，线圈平面垂直于磁感 线，各边都不切割磁感线，线圈中不产生感应电动势， 也没有感应电流，这样的位置叫中性面．
图中(b)、(d)所示的位置，线圈平面与磁场方向平行， ab、cd 两边垂直切割磁感线，此时线圈中的感应电动势 和感应电流达到最大值．其中图(b)的电流沿 abcd 流动， 图(d)的电流沿 dcba 流动．
1．发电机是利用电磁感应原理工作的，以及发电机 的能量的转化是机械能转化为电能．
高二物理粤教版选修3-2 第二章交变电流 课件
例1
图2－1
A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变 C．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
【精讲精析】
t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，但
此时磁通量的变化率为零，感应电动势和感应电流均 为零，感应电流方向发生改变， A项错，C项对；t2 、 t4 时刻磁通量为零，而磁通量的变化率最大，所以感 应电动势最大，选项B、D错误． 【答案】 C
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本 章 优 化 总 结
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交 变 电 流
交 变 电 流
专题归纳整合
交变电流的变化规律理解及应用
1 ．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流． 2 ．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达 式为 e ＝ NBSωsinωt ，感应电动势的最大值为 Em ＝ NBSω.
思路 5：原理思路．变压器原线圈中磁通量发生变 化，铁芯中ΔΦ/Δt相等；当遇到“ 时有ΔΦ1/Δt＝ΔΦ2/Δt＋ΔΦ3/Δt. ”形变压器
例3 (双选)如图2－3所示电路中的变压器为理想
变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑 动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分 别为原线圈和副线圈中的电流．下列说法正确的是 ( )
【精讲精析】 (1) 感应电动势的最大值 Em ＝ 2 NBSω＝100× 0.5× 0.1 ×2π V＝3.14 V. (2)转过 60° 时的瞬时感应电动势： e ＝ Emcos60° ＝3.14× 0.5 V＝1.57 V. (3)通过 60° 角过程中产生的平均感应电动势： 3 100× 0.5× × 0.12 2 E ＝NΔΦ/Δt＝ V≈2.6 V. π 3 2π
粤教版高中物理选修3-2课件：2-第一节认识交变电流
线圈转动到中性面的垂面时，磁通量为零、磁通 量的变化率最大、感应电动势最大。
zxxkw
a（b）、d（c）边垂直 切割磁感应线，
特点:B∥S，φ=0，E最大，I最 大，感应电流方向b到a
１、交变电流： 大小 和 方向都随时间
做 的周电期流性叫变做交化变电流．
电压和电流随时间按 正弦交流电．
zxxkw
特点:B⊥S，Φ最大， E=0,I=0中性面
没有边切割磁感应线
b
c
a
d
kA
L
B
zxxkw
无电流
c
d
b
K L
A
a
B
电流最大、方向：d-a-b-c-d
c
b
dk
a
A
L
B
b a
c
K A
L
d
B
b
c
a
d
kA
L
B
无电流
电流最大、方向: a-d-c-b-a
无电流
线圈转一周有两次经过中性面，每次经过中 性面时，线圈中的电流改变方向，每转一 周电流的方向改变两次。
正弦规变律化的交流电叫
２、交流电zxx的kw 产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直 于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产
生 正弦交流电 ．
３、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都 不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位
置叫做 中性面．线圈平面每经过中性面一次，
感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，
zxxkw zxxkw zxxkw
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方．
2.线圈平行与磁感线时，φ=0,△φ/△t最大，感应电 动势最大。
高二物理粤教版选修3-2课件2.1认识交变电流(问题探究式)
知识链结
1．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在 匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动 势e＝BSωsin ωt的图是( )
线圈只有在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速 转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e＝ BSωsin ωt，由此判断，只有A选项符合．
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
电流方向改变多少次?
二、交变电流的产生 1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大φ=BS， 但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切割磁感线）， 线圈中的感应电动势为零． （ 2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动 一周，两次经过中性面，电流方向改变两次． 2.线圈平行与磁感线时，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势 最大。
N N
S S
二、交变电流的产生
B∥S Φ=0 E最大
I最大
感应电流方向a到b
线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大 (V⊥B)
二、交变电流的产生
B⊥ S V // B
Φ最大
E=0 I=0
中性面
B∥ S V⊥ B Φ=0 E、I最大
感应电流方向b到a
二、交变电流的产生
思考与讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面?
二、交变电流的产生
交变电流是如何产生的呢？
二、交变电流的产生
1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？
ab边
cd边
（2）怎样将立体图转化为平面图？
二、交变电流的产生
将立体图转化为平面图
粤教版高中物理选修3-2课件第二章：交变电流第一、二节认识交变电流义变电流的描述.pptx
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第二章：交变电流
第一、二节认识交变电流、交变电流的描述
一、电流的分类：
1、直流电：电流方向不随时间变化，其大小可以随时间变化的电流叫 直流电
2、交流电：电流方向随时间变化，其大小可以随时间变化的电流叫交 流电 3、恒定电流：强弱和方向都不随时间改变，的电流叫恒定电流。其i–t 图线是一条平行于时间轴的直线
交变电流规
律的推导:
eab Bl1v sin t
v l2
2
由上两式可得： eab
Bl1
l2 2
sin t
又 eab ecd 且串联，所以整个线圈产生的电动势：
e eab ecd bl l2 sin t Bs sin t
令 E由m此可B见s，则Em：与e线圈的E形m s状i和n 转轴t 的如位有置ENm无匝关线N。圈Bs，则
5、中性面的特点：
1、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，线圈中的电动势为零。
2、线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两 次经过中性面，电流方向改变两次．
提出问题：
交变电流的大小和方向都是随时间变化的，那么我们如何来表 示交变电流的大小和方向呢？
四、用函数表达式描述交变电流的规律：
大小变化规律-------按正弦规律变化：
叫e电 动Em势s的in最t大值 叫i 电I流m的sin最大t 值 叫u 电 压U m的s最in大值t
Em Bs
Im
Em R
um ImR
如有N匝线圈，则
Em NBs
e Em sint
Em Bs
粤教版-选修3-2--第一节认识交变电流名师公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
dcba
电流增大
dcba
电流减小
abcd
abcd
dcba
dcba
电流增大
电流减小
电流增大
电流减小
中性面：线圈平面与磁感线垂直旳位置叫做中性面．
位置
磁通量φ
φ/ t
感应电动势
a中性面 • b中
最大
性零面
旳垂
零
面最大
零
最大
零
最大
不变
c中性面
最大 零 零 零 变化
• b中 性零面 旳垂 面最大
交流发电机：产生交变电流旳装置称为交流发电机。可
分为旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机。（课本
P41页资料活页）
在线圈转动旳过程中，电流是怎样变化旳呢?
如图，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动旳四个过程
①何时磁通量最大？何时磁通量最小？ ②何时电动势最大？何时电动势最小？ ③线圈中旳电流大小和方向怎样变化？
从示波器显示旳图象 可知，小灯泡两端旳
电压是按正弦规律
变化旳，即经过小灯 泡旳电流是按正弦规 律变化旳。研究表白， 我们日常生活和生产 中所使用旳交变电流 是按正弦规律变化旳 交变电流。
交变电流是怎么产生旳呢？
三、交变电流旳产生
演示试验二： 把电流表接入模型发电机旳输出端，摇动发电机手柄， 使线圈在磁极之间转动，观察电流表指针摆动情况。
（3）线圈经过中性面时，电流将变化方向，线圈转 动一周，两 次经过中性面，电流方向变化 两次．
课堂小结:
一、交变电流旳图象 波形：大小和方向都随时间周期性变化； 日常生活和生产中所使用旳交变电流是按正弦规律变 化旳交变电流； 二、交变电流旳产生 由交流发电机产生:线圈在磁场中匀速转动，产生旳 电流大小和方向都随时间做周性变化；
粤教版高二物理选修3-2(理科生)电子课本课件【全册】
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第一章 电磁感应 第二节 研究产生感应电流的条件 第四节 法拉第电磁感应定律 第六节 法拉第电磁感应定律的应用（二） 第八节 涡流现象及其应用 第二章 交变电流 第二节 交变电流的描述 第四节 电感器对交变电流的作用 第六节 变压器 本章小结 第一节 认识传感器 第三节 传感器的应用 *第五节 用传感器测磁感应强度
第一章 电磁感应
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第一节 电磁感应现象
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第二节 研究产生感应电流的条 件
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第三节 探究感应电流的方向
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第四节 法拉第磁感应定律
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第五节 法拉第电磁感应定律的 应用（一）
高中创新设计物理粤教版选修3-2课件：第二章 1-2 认识交变电流 交变电流的描述
【深度思考】
(1)交变电流的大小一定是变化的吗？ 答案 变的. (2)交变电流与直流电的最大区别是什么？ 答案 交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期 交变电流的大小不一定变化，如方波交变电流，其大小是不
性变化，而直流电的方向不变.
答案
典例精析
例1
如图所示的图象中不属于交变电流的有( D )
图1 答案 能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线
答案
圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特别要求.
典例精析
例2
如图所示线圈中无法产生交变电流的是( A )
解析
由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈
的形状及转轴的位置没有特别要求.故选项A正确.
解析答案
例3
如图2所示为演示交流电产生的装置图，关于这个实验，正确的
典例精析
例5
线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图 7所示，由 )
图可知(
A.在A和C时刻线圈处于中性面位置
B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C.从A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
4.两个特殊位置物理量的特点 名称 位置 中性面 线圈平面与磁场垂直 中性面的垂面 线圈平面与磁场平行
磁通量
磁通量的变化率 感应电动势 电流方向
最大
零 零 改变
零
最大 最大 不变
【深度思考】
如果将图 1 中的线圈 abcd 换为三角形，轴 OO′ 也不在中心位置，其他 条件不变，还能产生交变电流吗？
Em e i＝ ＝ sin ωt＝Imsin ωt. R＋r R＋r
答案
3.对感应电动势峰值的理解 (1)对转轴的要求：在线圈所在平面内且与磁场垂直.当线圈平面与磁场平行 时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em＝nBSω. (2)决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，
粤教版高中物理选修3-2课件 认识交变电流课件2
教 学
B．磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大， 当
方
堂
案 磁通量的变化率最大
设
双 基
计
达
C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向不会 标
课
前 自
发生改变
课
主
时
导 学
D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变
作 业
化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变
菜单
YJ ·物理 选修3-2
课 堂 互 动 探 究
教 2－1－1(a)、(b)．转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动．发
学 方
光二极管都能发光，说明发电机发出的电流方向在改变，这
当 堂
案 种电流是怎样产生的，具有什么特点呢，这节课来探讨这些 双
设
基
计 问题．
达
标
课
前
自
课
主
时
导
作
学
业
图教 2－1－1
菜单
●教学流程设计
教 学 教 法 分 析
课 堂 互 动 探 究
教 学
线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为 当
方
堂
案 设
b→a→d→c.
双 基
计
达
线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为 标
课
前 自
a→b→c→d.
课
主
时
导 学
线圈由丁位置回到甲位置过程中，电流方向为
作 业
a→b→c→d.
菜单
YJ ·物理 选修3-2
教 学 教 法 分 析
教 学 方 案 设 计
课 前 自 主 导 学
菜单
粤教版高中物理选修3-2课件 认识交变电流课件1
(1)瞬时电动势的表达式：e＝Emsin ωt 或_e__＝__N__B_S__ω__s_i_n__ω__t_.e
表示交流电的__瞬___时__值___，Em 表示交流电的__最__大___值___，ω 表示交
流电的 (2)_瞬_角_时_速_电_度_流__的_．表达式：_i_＝__N__B_S_ω_R_s_i_n_ω__t_.
由闭合电路欧姆定律得：
栏
目
i＝R＋e r＝RE＋mrsin ωt，即写成：i＝Imsin ωt，R 两
链 接
端电压写成：u＝Um sin ωt.
交流发电机在工作时电动势为 e＝ Emsin ωt，若将 发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其他 条件不变，则电动势为( )
栏 目 链 接
栏 目
链
位置，必定是线圈平面与磁感线垂直的位置，是穿过 接
线圈的磁通量最大的位置．
答案：ABD
►练习
1．如图是交流发电机的示意图．线圈 abcd 在磁场中匀速转动产
生交流电．线圈的 ab 边和 cd 边连在两个金属滑环上，两个滑环通过
金属片做的电刷和外电路相连．当线圈沿逆时针方向转动时，关于电
栏
目
流方向以下判断正确的是( )
链
接
A．当线圈转到图甲的位置时，线圈中的电流方向为
d→c→b→a
B．当线圈转到图乙的位置时，线圈中的电流方向为 栏
a→b→c→d
目 链
接
C．当线圈转到图丙的位置时，线圈中的电流方向为
d→c→b→a
D．当线圈转到图丁的位置时，线圈中的电流方向为
a→b→c→d
解析：AC、甲丙图中，ab 和 cd 边运动方向与磁感线方向平行，
新课标粤教版3-2选修三2.2《交变电流的描述》课件
02 交变电流基本概念
交变电流定义及特点
交变电流定义
大小和方向都随时间作周期性变 化的电流叫做交变电流，简称交 流。
释放能量。
电容对交变电流阻碍作用研究
容抗
电容对交变电流具有阻碍作用，称为容抗。容抗的大小与电容器 的电容和交变电流的频率成反比。
相位差
电容会使交变电流的电压滞后于电流，造成相位差。相位差的大小 与电容器的电容和交变电流的频率有关。
储能与释能
电容在交变电流中具有储能和释能的作用。当电压增大时，电容储 存能量；当电压减小时，电容释放能量。
05 实际生活中应用案例分析
家庭用电安全常识普及
安全用电原则
讲解安全用电的基本原则，如不使用破损的电线和电器，不乱接 乱拉电线，不用湿手触摸电器等。
安全用电标志识别
介绍常见的安全用电标志，如“禁止合闸”、“禁止用水灭火”等 ，并解释其含义。
家庭用电事故案例分析
通过案例分析，让学生了解家庭用电事故的原因和后果，以及如何 避免类似事故的发生。
确今后的努力方向和目标。
拓展延伸：非正弦式交变电流简介
非正弦式交变电流的产生和特点
介绍非正弦式交变电流的产生原理和特点，如波形不规则、 频率不固定等。
非正弦式交变电流的分析方法
介绍分析非正弦式交变电流的基本方法，如傅里叶级数展 开、频谱分析等。
非正弦式交变电流的应用和前景
介绍非正弦式交变电流在实际应用中的情况和未来可能的发展趋 势，如电力电子技术的应用、新能源发电中的非正弦波形等。
2018秋高中物理粤教版选修3-2课件：2.1-2.2认识交变电流 交变电流的描述
自主预习
目标导航 预习导引 一 二 三 四
合作探究
触类旁通
二、正弦交变电流的产生 1.实验装置 (1)交流发电机的基本结构:线圈、磁极、滑环及电刷. (2)模型装置图(下图):
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目标导航 预习导引 一 二 三 四
合作探究
触类旁通
自主预习
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合作探究
触类旁通
自主预习
ωt.
3.电压瞬时值:u=Umsin ωt . 4.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流,简称正弦式 电流.
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合作探究
触类旁通
日常生活中照明电路用的是交变电流,交变电流的大小和方向是 周期性变化的.我们为什么感觉白炽灯的明亮程度并没有变化? 答案：这主要是因为交变电流的大小和方向变化很快,白炽灯灯 丝的温度基本不变,所以灯的亮度基本没有变化,再者人的眼睛有 0.1 s的视觉暂留,也不能分辨其变化情况.
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合作探究
触类旁通
把两个发光时颜色不同的发光二极管并联,注意使两者正负极的 方向不同,然后连接到教学用的发电机的两端(如图).转动手柄,两个 磁极之间的线圈随着转动.观察发光二极管的发光情况.实验现象 说明了什么?
答案：可以观察到两个发光二极管交替发光.该实验说明了发电 机产生的电流的方向随时间变化,不是直流,是交变电流.
自主预习
合作探究
触类旁通
第二章
交变电流
自主预习
合作探究
触类旁通
第一节 认识交变电流 第二节 交变电流的描述
自主预习
目标导航 预习导引
合作探1.会观察电流(或电压)的波形图 ,能记住交变电流、 恒定电流的概念. 2.能记住交变电流的变化规律及表示方法,能记住交 变电流的峰值、瞬时值的物理含义 . 重点:交变电流的变化规律及表示方法. 难点:交变电流产生的原理及变化规律的应用.
2017-2018学年同步备课套餐之物理粤教版选修3-2讲义：
第一节认识交变电流第二节交变电流的描述[学习目标] 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和正弦式交变电流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．一、交变电流的产生[导学探究]假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图1甲至丁所示．请分析判断：图1(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况．(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？答案(1)(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大．线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面．[知识梳理]正弦式交变电流的产生条件及中性面的特点：(1)正弦式交变电流的产生条件：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动．(2)中性面：线圈平面与磁感线垂直时的位置．①线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零．②线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要改变．线圈转动一周，感应电流的方向改变两次．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．()(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．()(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零．()(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．()答案(1)×(2)×(3)√(4)√二、用函数表达式描述交变电流[导学探究]如图2是图1中线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈平面从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：图2(1)甲、乙、丙中AB 边产生的感应电动势各为多大？ (2)甲、乙、丙中整个线圈中的感应电动势各为多大？(3)若线圈有n 匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？ 答案 (1)甲：e AB ＝0乙：e AB ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1·L 2ω2sin ωt＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝12BSω·sin ωt 丙：e AB ＝BL 1v ＝BL 1·ωL 22＝12BL 1L 2ω＝12BSω(2)整个线圈中的感应电动势由AB 和CD 两部分组成，且e AB ＝e CD ，所以 甲：e ＝0乙：e ＝e AB ＋e CD ＝BSω·sin ωt 丙：e ＝BSω(3)若线圈有n 匝，则相当于n 个完全相同的电源串联，所以 甲：e ＝0乙：e ＝nBSωsin ωt 丙：e ＝nBSω[知识梳理] 交变电流的瞬时值、峰值表达式 (1)正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式： ①当从中性面开始计时：e ＝E m sin_ωt .②当从与中性面垂直的位置开始计时：e ＝E m cos_ωt . (2)正弦式交变电流电动势的峰值表达式： E m ＝nBSω与线圈的形状无关，与转动轴的位置无关．(填“有关”或“无关”)[即学即用] 有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm ，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO ′轴以10π rad/s 的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T ，该线圈产生的交变电流电动势的峰值为________，电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为________．图3答案 6.28 V 6.28 A e ＝6.28sin 10πt V 解析 电动势的峰值为E m ＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V ＝6.28 V 电流的峰值为I m ＝E mR＝6.28 A 感应电动势的瞬时值表达式为 e ＝E m sin ωt ＝6.28sin 10πt V. 三、用图象描述交变电流[导学探究] 由正弦式电流的电动势e ＝E m sin ωt ，电流i ＝I m sin ωt 和电压u ＝U m sin ωt 分别画出e －t 、i －t 、u －t 图象．答案[知识梳理] 从正弦式交变电流的图象可以解读到以下信息： (1)交变电流的周期T 、峰值I m 或者E m .(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻；也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻．(3)判断线圈中磁通量Φ最小、最大的时刻及磁通量变化率ΔΦΔt最大、最小的时刻．(4)分析判断i 、e 大小和方向随时间的变化规律． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速圆周运动，线圈中的电流就是正(或余)弦式电流．( )(2)正弦式交流电在一个周期里，电流有一个最大值，一个最小值．( )(3)若某一闭合线圈中产生正弦式交流电，当电动势达到最大值时，线圈中的电流不一定达到最大值．( )答案 (1)√ (2)× (3)×一、交变电流的产生例1 (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零时，线框中的感应电动势也为零C ．每当线框经过中性面时，感应电动势或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零 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与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C 、D 选项正确．搞清两个特殊位置的特点：(1)线圈平面与磁场垂直时：e 为0，i 为0，Φ为最大，ΔΦΔt 为0.(2)线圈平面与磁场平行时：e 为最大，i 为最大，Φ为0，ΔΦΔt 为最大．二、交变电流的变化规律 1．峰值表达式 E m ＝NBSω，I m ＝E m R ＋r ＝NBSωR ＋r ，U m ＝I m R ＝NBSωRR ＋r2．正弦交变电流的瞬时值表达式 (1)从中性面位置开始计时e ＝E m sin ωt ，i ＝I m sin ωt ，U ＝U m sin ωt (2)从与中性面垂直的位置开始计时 e ＝E m cos ωt ，i ＝I m cos ωt ，U ＝U m cos ωt .例2 一矩形线圈，面积是0.05 m 2，共100匝，线圈电阻r ＝2 Ω，外接电阻R ＝8 Ω，线圈在磁感应强度B ＝1π T 的匀强磁场中以n ＝300 r/min 的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图4所示，若从中性面开始计时，求：(π取3.14)图4(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)从开始计时经130 s 时线圈中的感应电流的瞬时值；(3)外电路R 两端电压瞬时值的表达式． 答案 (1)e ＝50sin 10πt V (2)532 A(3)u ＝40sin 10πt V解析 (1)线圈转速n ＝300 r /min ＝5 r/s ， 角速度ω＝2πn ＝10π rad/s ，线圈产生的感应电动势最大值E m ＝NBSω＝50 V ， 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为 e ＝E m sin ωt ＝50sin 10πt V.(2)将t ＝130 s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得e ′＝50sin (10π×130) V ＝25 3 V ，对应的感应电流i ′＝e ′R ＋r ＝532 A.(3)由欧姆定律得u ＝eR ＋rR ＝40sin 10πt V.1．求交变电流瞬时值的方法(1)确定线圈转动从哪个位置开始计时； (2)确定表达式是正弦函数还是余弦函数；(3)确定转动的角速度ω＝2πn (n 的单位为r/s)、峰值E m ＝NBSω； (4)写出表达式，代入角速度求瞬时值．2．线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流，产生的交变电流与线圈的形状无关．如图5所示，若线圈的面积与例2中题图所示线圈面积相同，则答案完全相同．图5三、交变电流的图象例3 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 边垂直．在t ＝0时刻，线圈平面与纸面重合，如图6所示，线圈的cd 边离开纸面向外运动．若规定沿a →b →c →d →a 方向的感应电流为正，则图中能反映线圈中感应电流i 随时间t 变化的图象是( )图6答案 C解析线圈在磁场中从图示位置开始匀速转动时可以产生按余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．1．从中性面开始计时是正弦曲线，从垂直中性面开始计时是余弦曲线．2．由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向.1．(多选)如图所示的图象中属于交变电流的有()答案ABC解析选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流．2．(多选)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有()答案 BCD3．(多选)如图7甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO ′以恒定的角速度ω转动．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照如图乙所示的余弦规律变化，则在t ＝π2ω时刻 ( )图7A ．线圈中的电流最大B ．穿过线圈的磁通量为零C ．线圈所受的安培力为零D ．线圈中的电流为零 答案 CD解析 线圈转动的角速度为ω，则转过一圈用时2πω，当t ＝π2ω时说明转过了14圈，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B 错误，由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A 错误，C 、D 正确． 4. 如图8所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝2πT ，边长L ＝10 cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻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：图8(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值．(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过30°角的过程中产生的平均感应电动势． 答案 (1)2 2 V (2)62πV解析 (1)设转动过程中感应电动势的最大值为E m ，则E m ＝NBL 2ω＝100×2×0.01×2π V ＝2 2 V.(2)设由图示位置转过30°角的过程中产生的平均感应电动势为E ，则 E ＝N ΔΦΔt ，Δt ＝π6ω，ΔΦ＝BL 2sin 30°，代入数据解得E ＝62V.一、选择题(1～7题为单选题，8～9题为多选题)1．关于线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动产生的交变电流，以下说法中正确的是( ) A ．线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势的方向不变 B ．线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次C ．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D ．线圈转动一周，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 答案 C解析 根据交流电的变化规律可得，如果从中性面开始计时有e ＝E m sin ωt 和i ＝I m sin ωt ；如果从垂直于中性面的位置开始计时有e ＝E m cos ωt 和i ＝I m cos ωt ，不难看出：线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动势的方向也改变一次；线圈每转动一周，感应电流和感应电动势的方向都改变两次，故C 正确．2. 如图1所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO ′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M 和N 相连．M 和N 又通过固定的电刷P 和Q 与电阻R 相连．在线圈转动过程中，通过电阻R 的电流 ( )图1A．大小和方向都随时间做周期性变化B．大小和方向都不随时间做周期性变化C．大小不断变化，方向总是P→R→QD．大小不断变化，方向总是Q→R→P答案 C解析半圆环交替接触电刷，从而使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型，由右手定则知，外电路中电流方向是P→R→Q.3. 一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴匀速转动，当线圈处于如图2所示位置时，它的()图2A．磁通量最大，磁通量变化率最大，感应电动势最大B．磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大C．磁通量最大，磁通量变化率最小，感应电动势最小D．磁通量最小，磁通量变化率最小，感应电动势最小答案 B解析线圈处于题图所示位置时，它与磁感线平行，磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势最大，选项A、C、D错误，B正确．4．交流发电机工作时电动势为e＝E m sin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为()A．e′＝E m sin ωt2B．e′＝2E m sinωt2C ．e ′＝E m sin 2ωtD ．e ′＝E m2sin 2ωt答案 C解析 感应电动势的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ，而E m ＝nBωS ，当ω加倍而S 减半时，E m 不变，故正确答案为C.5. 如图3所示是一台发电机的结构示意图，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，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M 共轴的固定转轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定转轴匀速转动时，下列图象中能正确反映线框中感应电动势e 随时间t 变化规律的是( )图3答案 D解析 因发电机的两个磁极N 、S 呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线如图所示，磁感应强度的大小不变，仅方向发生改变，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，线框越过空隙段后，由于线框切割磁感线的方向发生变化，所以感应电动势的方向发生变化，综上所述，选项D 正确．6．一矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为e ＝102sin (20πt ) V ，则下列说法正确的是( )A ．t ＝0时，线圈位于中性面B ．t ＝0时，穿过线圈的磁通量为零C ．t ＝0时，线圈切割磁感线的有效速度最大D ．t ＝0.4 s 时，电动势第一次出现最大值 答案 A解析 由电动势e ＝102sin (20πt ) V 知，计时从线圈位于中性面时开始，所以t ＝0时，线圈位于中性面，磁通量最大，但此时线圈切割磁感线的线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速度为零，A 正确，B 、C 错误．当t ＝0.4 s 时，e ＝102sin (20π×0.4) V ＝0，D 错误． 7. 在垂直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＝2πT 绕cd 边沿如图4所示方向转动，规定线圈中电流沿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 变化关系图象为( )图4答案 B解析 在0～T4内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞次定律知，电流方向为负值；在T 4～34T ，线圈中无感应电流；在34T 时，ab 边垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值，故只有B 项正确．图58．矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图5所示，下列结论正确的是( ) A ．在t ＝0.1 s 和t ＝0.3 s 时，电动势最大 B ．在t ＝0.2 s 和t ＝0.4 s 时，电动势改变方向 C ．电动势的最大值是157 VD ．当t ＝0.4 s 时，磁通量变化率达到最大，其值为3.14 Wb/s 答案 CD解析 由Φ－t 图象可知Φmax ＝BS ＝0.2 Wb ，T ＝0.4 s ，又因为n ＝50，所以E max ＝nBSω＝nΦmax ·2πT ＝157 V ，C 正确．t ＝0.1 s 和t ＝0.3 s 时，Φ最大，e ＝0，电动势改变方向；t ＝0.2 s和t ＝0.4 s 时，Φ＝0，e ＝E max 最大，故A 、B 错误．根据线圈在磁场中转动时产生感应电动势的特点知，当t ＝0.4 s 时，ΔΦΔt 最大，ΔΦΔt＝3.14 Wb/s ，D 正确． 9. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形图如图6所示，下列说法中正确的是( )图6A ．在t 1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值B ．在t 2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值C ．在t 3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值D ．在t 4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值 答案 BC解析 从题图中可知，t 1、t 3时刻线圈中感应电流达到峰值，磁通量的变化率达到峰值，而磁通量最小，线圈平面与磁感线平行；t 2、t 4时刻感应电流等于零，磁通量的变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值．正确答案为B 、C.二、非选择题10．如图7甲所示，矩形线圈匝数N＝100 匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO′从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s，试求：甲乙图7(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm为多大？线圈转到什么位置时取得此值？(2)线圈产生的感应电动势最大值E m为多大？线圈转到什么位置时取得此值？(3)写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图象．答案见解析解析(1)当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb(2)线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值E m＝NBSω＝480π V(3)感应电动势的表达式e＝E m cos ωt＝480πcos (100πt) V图象如图所示．11．一个面积为S的单匝矩形线圈abcd在匀强磁场中以其一条边ab为转轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直．t＝0时刻线圈位置如图8甲所示，线圈中感应电动势e与时间t的关系图象如图乙所示．感应电动势的最大值和周期可以从图中读出．则：图8(1)磁感应强度B多大？(2)画出t ＝0时刻线圈与磁场间相对位置关系．(3)在t ＝T12时，线圈平面与磁感应强度方向的夹角多大？答案 (1)E m T2πS (2)见解析图 (3)30°解析 (1)由e －t 图象可直接读得E m 和T ， 由E m ＝BSω和ω＝2πT 得B ＝E m T2πS.(2)t ＝0时线圈中感应电动势为最大值，故该时刻线圈与磁场的位置关系如图a 或b 所示．(3)由图乙可知e ＝E m cos ωt ＝E m cos2πTt ， 当t ＝T 12时，有e ＝E m cos ⎝⎛⎭⎫2πT ·T 12＝E m cos π6， 即线圈平面与磁感应强度方向的夹角θ＝π6＝30°.。
粤教版物理选修3-2讲义：第2章 第1节 认识交变电流
第一节认识交变电流
[先填空]
1．恒定电流：强弱和方向都不随时间改变的电流，简称直流．
2．交变电流：强弱和方向都随时间作周期性变化的电流，简称交流．3．波形图：电流或电压随时间变化的图象．
4．日常生活和生产中所使用的交变电流是按正弦规律变化的交变电流．[再判断]
1．交变电流是方向随时间作周期性变化的电流．(√)
2．只有按正弦规律变化的电流才是交变电流．(×)
3．交流电源没有正、负极之分．(√)
[后思考]
如图2-1-1所示，大小随时间周期性变化的电流就是交变电流吗？
图2-1-1
【提示】不是，只有方向随时间周期性变化的电流才为交流电．
[合作探讨]
如图2-1-2所示，两二极管(单向导电性)按图示结构连入电路．
图2-1-2
探讨1：把图中电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？
【提示】当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮．
探讨2：把图中电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？
【提示】当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管交替闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变．
[核心点击]
1．交变电流与直流电的区别
不同的交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况，如图2-1-3所示．。
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第一节认识交变电流
[先填空]
1．恒定电流：强弱和方向都不随时间改变的电流，简称直流．
2．交变电流：强弱和方向都随时间作周期性变化的电流，简称交流．3．波形图：电流或电压随时间变化的图象．
4．日常生活和生产中所使用的交变电流是按正弦规律变化的交变电流．[再判断]
1．交变电流是方向随时间作周期性变化的电流．(√)
2．只有按正弦规律变化的电流才是交变电流．(×)
3．交流电源没有正、负极之分．(√)
[后思考]
如图2-1-1所示，大小随时间周期性变化的电流就是交变电流吗？
图2-1-1
【提示】 不是，只有方向随时间周期性变化的电流才为交流电．
[合作探讨]
如图2-1-2所示，两二极管(单向导电性)按图示结构连入电路．
图2-1-2
探讨1：把图中电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？ 【提示】 当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮．
探讨2：把图中电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？ 【提示】 当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管交替闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变．
[核心点击]
1．交变电流与直流电的区别
不同的交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况，如图2-1-3所示．
图2-1-3
无论大小是否变化，但都有一个共同的特点，就是电流的方向一定随时间做周期性变化．
1．下列选项所示的各图象中表示交变电流的是()
【解析】B、C两图象中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向从图上看在t轴一侧方向不变，故不是交变电流．A图中电流的方向没发生变化，不是交变电流．D图中，从图上看电流分布在t轴两则，电流的大小、方向均做周期性变化，是交变电流．故选D.
【答案】 D
2．如选项图所示，其中不表示交变电流的是()
【导学号：97192055】
【解析】A、B、D中电流i的方向发生了周期性变化，是交变电流；C中电流方向不变，是直流电，故选C.
【答案】 C
交变电流理解的两点注意
1．只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化亦为直流电．
2．在i-t或u-t图中，正负表示方向，若题中给出了i-t或u-t图象，一定要注意图象的坐标原点是否为0，图中i或u值有无正负变化．
[先填空]
1．交流发电机的基本结构：线圈、磁极、滑环及电刷．
2．过程分析(如图2-1-4所示)
图2-1-4
3．中性面
(1)定义：线圈平面垂直磁感线时的位置．
(2)特点：①感应电流为零；②线圈平面每经过一次中性面，感应电流方向就改变一次．
[再判断]
1．只要闭合线圈在磁场中转动就会产生交变电流．(×)
2．交变电流是矩形线圈绕平行于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动产生的电流．(×)
3．矩形闭合线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速运动，当线圈与磁感线平行时，磁通量最小，电流最大．(√)
[后思考]
线圈在中性面时，磁通量、感应电动势、感应电流具有怎样的特点？
【提示】线圈平面与磁场垂直的位置，即为中性面位置，在此位置磁通量最大，线圈的感应电动势和感应电流为零．
[合作探讨]
如图2-1-5所示是交流发电机的示意图，假定线圈沿逆时针方向转动，请思考讨论以下问题：
图2-1-5
探讨1：线圈在由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
【提示】磁感线的方向由N指向S，当线圈由甲转到乙的过程中，向右穿过线圈ABCD的磁通量减少，根据楞次定律和安培定则可判断AB中的电流方向为由B流向A.
探讨2：线圈在由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
【提示】磁感线的方向由N指向S，当线圈由丙转到丁的过程中，向右穿过线圈DABC的磁通量减少，根据楞次定律和安培定则可判断AB中的电流方向为由A流向B.
探讨3：当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？
【提示】当线圈转到甲和丙位置(中性面位置)时，AB、CD的速度方向都与磁感线方向平行，不切割磁感线，故线圈中没有感应电动势，没有感应电流．[核心点击]
两特殊位置的比较
3．如图2-1-6所示为演示交流电产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是()
图2-1-6
A．线圈每转动一周，电流方向改变一次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置，ab边的感应电流方向由a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
【解析】线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生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，故A项错；线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面，显然图示位置不是中性面，所以B项错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则知，ab边的感应电流方向由a→b，C项对；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，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，D项错．
【答案】 C
4．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，在图2-1-7
所示位置( )
【导学号：97192056】
图2-1-7
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
【解析】 当线圈平面平行于磁感线时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率ΔΦ
Δt 最大．故选项C 正确．
【答案】 C
5．一闭合矩形线圈abcd 绕垂直于磁感线的固定轴OO ′匀速转动，线圈平面位于如图2-1-8甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t 的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )
图2-1-8
A ．t 1、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B ．t 1、t 3时刻线圈中感应电流方向改变
C ．t 2、t 4时刻线圈中磁通量最大
D ．t 2、t 4时刻线圈中感应电动势最小
【解析】 从题图乙可以看出，t 1、t 3时刻通过线圈的磁通量最大，线圈经过中性面位置时线圈中感应电流方向改变，A 错误，B 正确；t 2、t 4时刻通过线圈的磁通量为零，线圈处于与中性面垂直的位置，此时感应电动势和感应电流均为最大，故C 、D 均错误．
【答案】 B
线圈在匀强磁场中转动问题的三点注意
1．矩形线框在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式，但不是唯一方式．
2．线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦ
Δt＝0，e＝0，i＝0，电流
方向将发生改变．
3．线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦ
Δt最大，e最大，i最大，电
流方向不变．。