《粤教版高中物理选修（3-2）第二章《交变电流》第一节 认识交变电流第二节 交变电流的描述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粤教版高中物理选修（3-2）第二章《交变电流》第一节 认识交变电流第二节 交变电流的描述（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1知道交流电发电机的原理、理解中性面的特点2理解交变电流的两种描述方法、掌握峰值与平均值的区别来源:学+科+网1强弱和方向都随时间周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电2交变电流是由交流发电机产生的，交流发电机的最基本结构是线圈和磁极3下图是交流发电机的示意图为了观察清楚，图中只画出了一匝线圈，它的ab边连在金属滑环K上，cd边连在滑环L上；两个滑环通过金属片做的电刷A、B和外电路相连，线圈沿逆时针方向转动我们观察ab这段导线，根据右手定则可以判断，当线圈转到图乙位置时，电流由a到b流动，而当线圈转到图丁位置时，则由a到b流动；在图丙和图戊的位置，因为导线ab的运动方向和磁感线平行，电路中没
2、有感应电流线圈在不断转动，电路中的电流方向也就不断改变交变电流就是这样产生的4线圈垂直磁场方向的平面叫中性面5正弦式交流电：按正弦式规律变化的交变电流叫正弦式电流若N匝、面积为S的线圈以角速度转动，回路总电阻为R，从中性面开始计时，则有：(1)瞬时电动势的表达式：eEmsin t或eNBSsin_t，e表示交流电的瞬时值，Em表示交流电的最大值，表示交流电的角速度(2)瞬时电流的表达式：i线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末位置两个时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即：n，同理，计算交变电流在某段时间内通过导
3、体横截面的电荷量，也必须用平均值，即：qt.例如下图所示，匀强磁场B0.1 T，所用矩形线圈的匝数N100匝，边长ab0.2 m，bc0.5 m，以角速度314 rad/s绕OO轴匀速转动，当线圈平面通过中性面时开始计时，求由t0至t过程中的平均电动势值解析：用EN计算，t0至t过程中的平均电动势ENN.即ENBS，来源:学&科&网Z&X&X&K代入数值得：E200 V.答案：200 V来源:学.科.网Z.X.X.K一、单项选择题1(2013梅州模拟)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中以角速度匀速转动，能产生正弦交变电动势eBSsin t的图是(A)解析：线圈在匀强磁
4、场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为eBSsin t，由这一原则判断，A图中感应电动势为eBSsin t；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图中的转动轴与磁场方向平行，而不是垂直，故选A项2如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动，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图乙所示的余弦规律变化，则在t时刻(B)A线圈中的电流最大B穿过线圈的磁通量最大C线圈所受的安培力最大D穿过线圈磁通量的变化率最大解析：t，线圈转过90，线圈平面与磁感线垂直，此时穿过线圈的磁通量最大，穿过线圈磁通量的
5、变化率为零，感应电流为零，线圈不受安培力作用，故A、C、D三项错误，B项正确3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(B)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：EmNBS，eEmsin t，与B、S、N有关4如图所示，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t0时刻，线圈平面与纸面重合，线圈的cd边离开纸面向外运动若规定abcda方向的感应电流为正方向，则下图能反映线圈感应电流I随时间t变化的图线是(C)解析：在t0时刻，线圈平面与纸面重合，即此时磁通量为零，磁通量变化率最大，所以产生的感应电动势
6、最大，故感应电流最大，所以选C.二、多项选择题来源:Z|xx|k.Com5(2014佛山模拟)一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e220sin 100t(V)，则(BC)A交流电的频率是100Bt0时，线圈位于中性面C交流电的周期是0.02 sDt0.05 s时，e有最大值解析：由瞬时值表达式知：角速度100 rad/s，感应电动势按正弦规律变化，所以t0时，线圈平面位于中性面因2f，所以f Hz50 Hz；由T得T s0.02 s，当t0.05 s时，e220sin 50，故B、C选项正确6一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右图所示，则下列说法中正
7、确的是(BC)At0时，线圈平面与磁感线平行Bt0.01 s时，磁通量的变化率最大Ct0.03 s时，线圈上的电动势值最大D线圈上的et图象与t图象重合解析：t0时，磁通量最大是线圈平面与磁感线垂直的时候，故A错；t图中某一点的切线的斜率代表磁通量的变化率，故在t0.01 s和t0.03 s时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，电动势最大，即et图象与t图象不重合，故B、C正确，D错7一矩形线圈，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(BD)At1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零Bt1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C是
8、从中性面开始计时的来源:Zxxk.ComD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8线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为e10sin 20t(V)，则下列判断正确的是(AC)At0.5 s时，穿过线圈的磁通量最大Bt1 s时，导线切割磁感应线的速度最大Ct1.5 s时，线圈位于中性面Dt2 s时，e有最大值为10 V解析：将t0.5 s、1 s、1.5 s、2 s分
9、别代入表达式得到e0，即都是处于中性面上，由中性面特点可知A、C对，B、D错9线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示可知(AC)A在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置B在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大C在B时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度D若从B时刻到D时刻经过0.01 s，则在1 s内交变电流的方向改变50次解析：在A和C时刻，电流最大属于完全切割，线圈中电动势为最大，磁通量变化率最大，磁通量为零A项对，B项错；在B时刻到D时刻，电流为零到电流为零且相邻线圈转过的角度为弧度，则在1 s内交变电流的方向改变100次C项对，D项错三、非选择题(按题目要求作答解答题应写
10、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n100匝，则线圈的角速度_rad/s.穿过线框的磁通量最大值m_Wb，此时的电动势值为e_V在t0.005 s的时间内，线框产生的平均电动势_V.解析：由图可知T0.02 s，则 rad/s100 rad/s，EmNBS314 V即Nm314 V，解得m0.01 Wb；此时磁通量变化率为零即e 0 V； V200 V.答案：1000.01020011如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，电阻为r，线圈接在阻值为R的电阻两端，其余
11、电阻不计，线圈绕OO轴以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速运动，电阻R两端电压的有效值为_，在线圈从图示位置(线圈平面与磁场平行)转过90的过程中，通过电阻R的电荷量为_解析：由题意可知，交流电的最大值EmNBS；则有效值为：E；R两端的电压UR；转过90时磁通量的变化量为：BS；则由法拉第电磁感应定律可知：N则电量qt.答案：12一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100 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10
12、0 ，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式在t s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：eEmsin t(以中性面开始计时)所以e311sin 100t(V)(2)由闭合电路欧姆定律得：isin t，i3.11sin 100t，故在t s时，i3.11sin1.56 A.(3)线框在转过180的过程中，磁通量的变化：2BS，此时t，由法拉第电磁感应定律得这一过程中的平均电动势：ENNBS，所以EEm198 V.(4)电动势最大时，由法拉第电磁感应定律得：EN，得：3.11 Wb/s.答案：见解析
