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1、第五章 交变电流第一节 交变电流 【学习目标】1、知道什么是交变流电，并理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面；2、掌握交变电流的变化规律，及表示方法；3、理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义；4、知道几种常见的交变电流。如正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形脉冲电流。5、掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。【重点、难点】重点：1、交变电流产生的物理过程的分析.2、交变电流的变化规律的图象描述。难点：、交变电流的变化规律及应用.、图象与实际发动机转动时的一一对应关系的理解。预习案【自主学习】1强弱和方向都不随时间改变的电流叫做_电流，简称_；强弱和方向都随时间作
2、周期性变化的电流叫做_电流，简称交流。2交变电流是由_发电机产生的当线圈在_磁场中绕_的轴匀速转动时，产生交变电流线圈平面跟磁感线_时，线圈所处的这个位置叫做中性面，线圈平面每经过一次中性面，线圈中感应电流的方向就_。3交流发电机的线圈在磁场中匀速转动，感应电动势e的变化规律为_。若把线圈和电阻R连成闭合电路，设总电阻为R，则电路中电流的瞬时值i_，电阻R上的电压瞬时值u_.4家庭电路中的交变电流是_电流，它是一种最_、最_的交变电流。 5(双选)右图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有()6下列各图中，哪些情况线圈中不能产生交流电()7矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速
3、转动，下列说法中正确的是()A在中性面时，通过线圈的磁通量最大B在中性面时，感应电动势最大C穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零【学始于疑】探究案【合作探究一】交变电流的产生问题1：一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时()A线圈平面与磁感线方向平行B通过线圈的磁通量达到最大值C通过线圈的磁通量变化率达到最大值D线圈中的电动势达到最大值问题2：如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是()图1A线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图示位置ab边的感应电流方向为abD线圈平面与磁
4、场方向平行时，磁通量变化率为零归纳总结【合作探究二】用函数表达式描述交变电流问题1：闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为2 V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e_ V，电动势的峰值为_ V，从中性面起经 s，交流电动势的大小为_ V.问题2：有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图2所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T问： (1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动
5、势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式。图2归纳总结： 【合作探究三】用图象描述交变电流问题1：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垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合(如图3所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是 ()图3图4问题2：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4所示下面说法中正确的是()At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁
6、通量变化率的绝对值最大D每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大归纳总结： 【课堂小结】【思考】【当堂检测】1、如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时，（ ）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2、交流发电机在工作时的电动势为eEmsint，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（ ）A.Emsint/2 B.2Emsint/2 C.Emsin2t D.2Emsin2t3、如图所示，若线框abcd不闭合，当磁
7、铁转动时，下列说法中正确的是（ ）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4、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=0.2sin100t，从t0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ）A.1/50 s B.1/100 sC.1/200 s D.1/400 s5、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以角速度匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时（ ）A.线圈中的电动势为0 B.线圈中的电
8、动势为nBSC.穿过线圈的磁通量为0 D.线圈不受安培力作用6、线圈在磁场中转动时产生的交变电流如图所示，从图中可知：（ ）A.在A和C时刻线圈平面与磁场垂直 B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量最大C.在A和C时刻，感应电流改变方向D.若从O时刻到D时刻的时间为0.02s，则在1s内交变电流的方向改变50次7、一个交变电流发电机产生的电动势为e=200sin100t（V），如果把线圈和一个阻值为100的电阻组成闭合回路，线圈的电阻可略去不计，那么，流过电阻的电流瞬时表达式为i= A，电阻两端电压瞬时表达式u= V。【课后巩固】1一个阻值为2 的线圈在匀强磁场中转动，产生的交变电动势为e10sin
9、 20t V，当该线圈与一阻值为8 的电阻组成闭合回路时，下列说法正确的是()At0时，线圈平面位于中性面Bt0时，穿过线圈的磁通量为0C电阻的热功率为16 WD用电压表测路端电压时读数为11.3 V2如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图象，由图可知()A交流电的周期为2 sB用电压表测量该交流电压时，读数为311 VC交变电压的有效值为220 VD将它加在电容器上时，电容器的耐压值必须等于311 V3交流发电机正常工作时产生的电动势eEmsin t，下面说法正确的是()A线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势的峰值不变B线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原
10、来的2倍，其他条件不变，则感应电流的有效值不变C线圈匝数减为原来的一半，而磁感应强度增为原来的2倍，其他条件不变，则感应电动势的瞬时值表达式不变D线圈由矩形变为圆形，其他条件不变，则感应电动势的峰值、有效值、瞬时值的表达式均发生变化4.一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u100sin (25t) VB该交流电的频率为50 HzC该交流电的电压的有效值为100 VD若将该交流电压加在阻值R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W5.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO轴匀速转动今在发
11、电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10 V已知R10 ，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是()A线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零B从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为isin 50t AC流过电阻R的电流每秒钟方向改变25次D电阻R上的热功率等于10 W6如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A在图中t0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32C交流电a的瞬时值为u10 sin 5
12、t(V)D交流电b的最大值为5 V7.如图所示，面积为S、匝数为N、电阻为r的线圈与阻值为R的电阻构成闭合回路，理想交流电压表并联在电阻R的两端线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的转动轴以角速度匀速转动设线圈转动到图示位置的时刻t0.则()A在t0时刻，线圈处于中性面，流过电阻R的电流为0，电压表的读数也为0B1秒钟内流过电阻R的电流方向改变次C在电阻R的两端再并联一只电阻后，电压表的读数将减小D在电阻R的两端再并联一只电容较大的电容器后，电压表的读数不变8某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为4/9，磁场均沿半径方向匝数为N的矩形线
13、圈abcd的边长abcdl、bcad2l.线圈以角速度绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场在磁场中两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为r，外接电阻为R.求：(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I.【答案】 自主学习：1恒定直流交变2交流匀强垂直于磁感线垂直改变一次3eEmsin tsin tsin t4正弦式简单基本5CD6A7A当堂检测:1 .C 2.D 3.C 4.C 5.AD 6.B 7. 2sin100t 200sin100t课后巩固：1A 2C3ACD4D5D 6BC7BC 8解析：(1)bc、ad边的运动速度v感应电动势Em4NBlv解得Em2NBl2.(2)电流Im安培力F2NBIml解得F.(3)一个周期内，通电时间tTR上消耗的电能WIRt且WI2RT解得I.7