高中物理交變電流優(yōu)秀課件

第二章

交變電流1交變電流第二章交變電流1交變電流11.理解交變電流和直流的概念.2.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流瞬時(shí)值的物理意義.學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.從法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律分析感應(yīng)電流的產(chǎn)生過(guò)程，會(huì)推導(dǎo)電動(dòng)勢(shì)和交變電流隨時(shí)間的變化規(guī)律.2.認(rèn)識(shí)交變電流的圖像，并根據(jù)圖像解決具體問(wèn)題.科學(xué)思維：1.理解交變電流和直流的概念.學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：12NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)根底重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)3自主預(yù)習(xí)自主預(yù)習(xí)一、交變電流1.恒定電流：大小和

都不隨時(shí)間變化的電流，稱(chēng)為恒定電流.2.交變電流：大小和方向隨時(shí)間作

變化的電流，稱(chēng)為交變電流.3.正弦交變電流：電流隨時(shí)間按

函數(shù)規(guī)律變化的交變電流稱(chēng)為_(kāi)_______

.方向周期性正弦正弦交變電流一、交變電流1.恒定電流：大小和都不隨1.正弦交變電流的產(chǎn)生：閉合矩形線圈在

磁場(chǎng)中繞

方向的軸

轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流是正弦交流電.2.正弦式交變電流的表述：線圈從

磁場(chǎng)方向計(jì)時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：e＝Emsinωt，Em＝

.電路中電流：i＝

，外電路兩端電壓：u＝

.二、正弦交變電流的產(chǎn)生和表述勻強(qiáng)垂直于磁場(chǎng)勻速垂直NBSωImsinωtUmsinωt1.正弦交變電流的產(chǎn)生：閉合矩形線圈在1.判斷以下說(shuō)法的正誤.(1)如圖1所示的電流為交流電.()即學(xué)即用×圖11.判斷以下說(shuō)法的正誤.即學(xué)即用×圖1(2)如圖2所示的電流為交流電.(

)√××√圖2(3)只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流.(

)(4)線圈在通過(guò)中性面時(shí)磁通量最大，電流也最大.(

)(5)線圈在通過(guò)中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變.(

)(2)如圖2所示的電流為交流電.()√××√圖2(3)只2.有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長(zhǎng)為20cm，線圈總電阻為1Ω，線圈繞垂直磁場(chǎng)方向的OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，該線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為_(kāi)______，感應(yīng)電流的峰值為_(kāi)______，在圖示位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)______，從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)__.圖36.28V6.28A06.28V2.有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長(zhǎng)為20cm，線圈總解析電動(dòng)勢(shì)的峰值為：Em＝NBSω＝10×0.5×0.22×10πV≈6.28V題圖所示位置線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為6.28V從題圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，位于中性面上，切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.解析電動(dòng)勢(shì)的峰值為：題圖所示位置線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大重點(diǎn)探究重點(diǎn)探究一、正弦交變電流的產(chǎn)生1.交變電流的產(chǎn)生過(guò)程分析假定線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖4甲至丁所示，在四個(gè)過(guò)程中線圈中的電流方向如下表所示.圖4轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電流方向甲→乙B→A→D→C乙→丙B→A→D→C丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D一、正弦交變電流的產(chǎn)生1.交變電流的產(chǎn)生過(guò)程分析圖4轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程2.兩個(gè)特殊位置(1)中性面(S⊥B位置，如圖中的甲、丙)線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置，此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量Φ最大，磁通量變化率

為0，電動(dòng)勢(shì)e為0，電流i為0.線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次.(2)垂直中性面位置(S∥B位置，如圖中的乙、丁)此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量Φ為0，磁通量變化率

最大，電動(dòng)勢(shì)e最大，電流i最大.2.兩個(gè)特殊位置例1(多項(xiàng)選擇)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A.當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C.每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次D.線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零√√例1(多項(xiàng)選擇)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸解析

線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率也等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)刻發(fā)生變化.線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，也可以說(shuō)此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項(xiàng)正確.解析線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通二、正弦交變電流的變化規(guī)律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖5所示，線圈平面繞OO′(O為bc邊的中點(diǎn)，O′為ad邊的中點(diǎn))所在直線從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω.ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，(1)經(jīng)過(guò)時(shí)間t線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ωt，ab邊的速度v的方向跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角也為ωt，線圈面積S＝L1L2.那么由ab邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)cd邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ecd＝eab整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝eab＋ecd＝BSωsinωt.(2)假設(shè)線圈的匝數(shù)為N，那么整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝NBSωsinωt.圖5二、正弦交變電流的變化規(guī)律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律(12.最大值說(shuō)明：最大值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān).如圖6所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值均為Em＝NBSω.圖62.最大值說(shuō)明：最大值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度3.正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(1)從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.3.正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式例2一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻r＝2Ω，外接電阻R＝8Ω，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以n＝300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖7所示，假設(shè)從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：圖7(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；答案

e＝50sin10πt(V)解析

線圈轉(zhuǎn)速n＝300r/min＝5r/s，角速度ω＝2πn＝10πrad/s，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝NBSω＝50V，由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt＝50sin10πt(V).例2一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻(2)從開(kāi)始計(jì)時(shí)經(jīng)

s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(2)從開(kāi)始計(jì)時(shí)經(jīng)s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式.答案

u＝40sin10πt(V)(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式.答案u＝40sin提示注意確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，從而確定表達(dá)式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù).提示注意確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，從而確定表達(dá)式是正三、正弦交變電流的圖像如圖8甲、乙所示，從圖像中可以解讀到以下信息：圖8(1)交變電流的最大值Em、Im和周期T.(2)兩個(gè)特殊值對(duì)應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時(shí)：線圈位于中性面上，此時(shí)

＝0，Φ最大.②e最大(或i最大)時(shí)：線圈平行于磁感線，此時(shí)

最大，Φ＝0.(3)分析判斷e、i大小和方向隨時(shí)間的變化規(guī)律.三、正弦交變電流的圖像如圖8甲、乙所示，從圖像中可以解讀到以例3(20xx·海安高級(jí)高二上學(xué)期期中)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t＝0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，如圖9所示，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng).假設(shè)規(guī)定沿a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，那么圖中能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖像是圖9√例3(20xx·海安高級(jí)高二上學(xué)期期中)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩解析線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從題圖位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電.對(duì)于題圖起始時(shí)刻，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向紙外運(yùn)動(dòng)，速度方向和磁場(chǎng)方向垂直，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最大；用右手定那么判斷出電流方向?yàn)閍→b→c→d→a，與規(guī)定的正方向相同，應(yīng)選項(xiàng)C正確.解析線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從題圖位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦例4(多項(xiàng)選擇)矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)繞垂直磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，線框輸出的交流電壓隨時(shí)間變化的圖像如圖10所示，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A.第1s末線圈平面垂直于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大B.第1s末線圈平面平行于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大C.第2s末線圈平面平行于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量最小D.第2s末線圈平面垂直于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量最大√圖10√例4(多項(xiàng)選擇)矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)繞垂直磁場(chǎng)方向的軸勻速解析第1s末，u最大，e最大，那么最大，線圈平面平行于磁感線，A錯(cuò)，B對(duì)；第2s末，u＝0，e＝0，＝0，Φ最大，線圈位于中性面上，C錯(cuò)，D對(duì).解析第1s末，u最大，e最大，那么最大[學(xué)科素養(yǎng)]通過(guò)以上例題，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉：(1)中性面是線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置；(2)當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流是正弦交流電，滿(mǎn)足表達(dá)式e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt，也可用正弦圖像表示e－t、i－t、u－t的變化規(guī)律.通過(guò)這樣的提煉和升華，較好地表達(dá)了“物理觀念〞和“科學(xué)思維〞的學(xué)科素養(yǎng).[學(xué)科素養(yǎng)]通過(guò)以上例題，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉：(1)中性面是達(dá)標(biāo)檢測(cè)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(交變電流的產(chǎn)生)(多項(xiàng)選擇)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流解析由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對(duì)線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒(méi)有特殊要求，應(yīng)選項(xiàng)B、C、D正確.√√√12341.(交變電流的產(chǎn)生)(多項(xiàng)選擇)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了2.(交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律)(20xx·北京豐臺(tái)區(qū)下學(xué)期綜合練習(xí))如圖11所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過(guò)程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)滑環(huán)和電刷保持與外電路連接.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A.圖(a)中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大B.從圖(b)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系是i＝ImsinωtC.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時(shí)，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a圖11√13422.(交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律)(20xx·北京豐臺(tái)區(qū)下學(xué)期綜合解析

題圖(a)中，線圈在中性面位置，故穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量變化率為0，故A錯(cuò)誤；從線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)的表達(dá)式才是i＝Imsinωt，故B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到題圖(c)位置時(shí)，線圈在中性面位置，故穿過(guò)線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小，為零，電流方向?qū)⒏淖儯蔆正確；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到題圖(d)位置時(shí)，穿過(guò)線圈磁通量最小，磁通量的變化率最大，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a，故D錯(cuò)誤.1342解析題圖(a)中，線圈在中性面位置，故穿過(guò)線圈的磁通量最大3.(交變電流的圖像)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖像如圖12甲所示，那么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A.t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B.t＝0.01s時(shí)刻，Φ的變化率最大C.t＝0.02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)到達(dá)最大D.該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的圖像如圖乙所示圖12√解析

由題圖甲可知t＝0時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈處于中性面，t＝0.01s時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量為零，但變化率最大，故A錯(cuò)誤，B正確；t＝0.02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為零，故C、D錯(cuò)誤.13423.(交變電流的圖像)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線4.(交變電流的變化規(guī)律)如圖13所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝

T，邊長(zhǎng)L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω.求：圖13(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值.解析設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em，那么13424.(交變電流的變化規(guī)律)如圖13所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開(kāi)始感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式.解析

從圖示位置開(kāi)始感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt＝2

cos2πt

(V)(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°角電路中電流的瞬時(shí)值.1342(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開(kāi)始感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)第二章

交變電流1交變電流第二章交變電流1交變電流361.理解交變電流和直流的概念.2.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流瞬時(shí)值的物理意義.學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.從法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律分析感應(yīng)電流的產(chǎn)生過(guò)程，會(huì)推導(dǎo)電動(dòng)勢(shì)和交變電流隨時(shí)間的變化規(guī)律.2.認(rèn)識(shí)交變電流的圖像，并根據(jù)圖像解決具體問(wèn)題.科學(xué)思維：1.理解交變電流和直流的概念.學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：137NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)根底重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)38自主預(yù)習(xí)自主預(yù)習(xí)一、交變電流1.恒定電流：大小和

都不隨時(shí)間變化的電流，稱(chēng)為恒定電流.2.交變電流：大小和方向隨時(shí)間作

變化的電流，稱(chēng)為交變電流.3.正弦交變電流：電流隨時(shí)間按

函數(shù)規(guī)律變化的交變電流稱(chēng)為_(kāi)_______

.方向周期性正弦正弦交變電流一、交變電流1.恒定電流：大小和都不隨1.正弦交變電流的產(chǎn)生：閉合矩形線圈在

磁場(chǎng)中繞

方向的軸

轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流是正弦交流電.2.正弦式交變電流的表述：線圈從

磁場(chǎng)方向計(jì)時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：e＝Emsinωt，Em＝

.電路中電流：i＝

，外電路兩端電壓：u＝

.二、正弦交變電流的產(chǎn)生和表述勻強(qiáng)垂直于磁場(chǎng)勻速垂直NBSωImsinωtUmsinωt1.正弦交變電流的產(chǎn)生：閉合矩形線圈在1.判斷以下說(shuō)法的正誤.(1)如圖1所示的電流為交流電.()即學(xué)即用×圖11.判斷以下說(shuō)法的正誤.即學(xué)即用×圖1(2)如圖2所示的電流為交流電.(

)√××√圖2(3)只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流.(

)(4)線圈在通過(guò)中性面時(shí)磁通量最大，電流也最大.(

)(5)線圈在通過(guò)中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變.(

)(2)如圖2所示的電流為交流電.()√××√圖2(3)只2.有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長(zhǎng)為20cm，線圈總電阻為1Ω，線圈繞垂直磁場(chǎng)方向的OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，該線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為_(kāi)______，感應(yīng)電流的峰值為_(kāi)______，在圖示位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)______，從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)__.圖36.28V6.28A06.28V2.有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長(zhǎng)為20cm，線圈總解析電動(dòng)勢(shì)的峰值為：Em＝NBSω＝10×0.5×0.22×10πV≈6.28V題圖所示位置線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為6.28V從題圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，位于中性面上，切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0.解析電動(dòng)勢(shì)的峰值為：題圖所示位置線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大重點(diǎn)探究重點(diǎn)探究一、正弦交變電流的產(chǎn)生1.交變電流的產(chǎn)生過(guò)程分析假定線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖4甲至丁所示，在四個(gè)過(guò)程中線圈中的電流方向如下表所示.圖4轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電流方向甲→乙B→A→D→C乙→丙B→A→D→C丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D一、正弦交變電流的產(chǎn)生1.交變電流的產(chǎn)生過(guò)程分析圖4轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程2.兩個(gè)特殊位置(1)中性面(S⊥B位置，如圖中的甲、丙)線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置，此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量Φ最大，磁通量變化率

為0，電動(dòng)勢(shì)e為0，電流i為0.線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次.(2)垂直中性面位置(S∥B位置，如圖中的乙、丁)此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量Φ為0，磁通量變化率

最大，電動(dòng)勢(shì)e最大，電流i最大.2.兩個(gè)特殊位置例1(多項(xiàng)選擇)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A.當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C.每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次D.線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零√√例1(多項(xiàng)選擇)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸解析

線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率也等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)刻發(fā)生變化.線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，也可以說(shuō)此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項(xiàng)正確.解析線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通二、正弦交變電流的變化規(guī)律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖5所示，線圈平面繞OO′(O為bc邊的中點(diǎn)，O′為ad邊的中點(diǎn))所在直線從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω.ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，(1)經(jīng)過(guò)時(shí)間t線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ωt，ab邊的速度v的方向跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角也為ωt，線圈面積S＝L1L2.那么由ab邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)cd邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ecd＝eab整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝eab＋ecd＝BSωsinωt.(2)假設(shè)線圈的匝數(shù)為N，那么整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝NBSωsinωt.圖5二、正弦交變電流的變化規(guī)律1.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律(12.最大值說(shuō)明：最大值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān).如圖6所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值均為Em＝NBSω.圖62.最大值說(shuō)明：最大值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度3.正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(1)從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.3.正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式例2一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻r＝2Ω，外接電阻R＝8Ω，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以n＝300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖7所示，假設(shè)從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：圖7(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；答案

e＝50sin10πt(V)解析

線圈轉(zhuǎn)速n＝300r/min＝5r/s，角速度ω＝2πn＝10πrad/s，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝NBSω＝50V，由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt＝50sin10πt(V).例2一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻(2)從開(kāi)始計(jì)時(shí)經(jīng)

s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(2)從開(kāi)始計(jì)時(shí)經(jīng)s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式.答案

u＝40sin10πt(V)(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式.答案u＝40sin提示注意確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，從而確定表達(dá)式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù).提示注意確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，從而確定表達(dá)式是正三、正弦交變電流的圖像如圖8甲、乙所示，從圖像中可以解讀到以下信息：圖8(1)交變電流的最大值Em、Im和周期T.(2)兩個(gè)特殊值對(duì)應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時(shí)：線圈位于中性面上，此時(shí)

＝0，Φ最大.②e最大(或i最大)時(shí)：線圈平行于磁感線，此時(shí)

最大，Φ＝0.(3)分析判斷e、i大小和方向隨時(shí)間的變化規(guī)律.三、正弦交變電流的圖像如圖8甲、乙所示，從圖像中可以解讀到以例3(20xx·海安高級(jí)高二上學(xué)期期中)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t＝0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，如圖9所示，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng).假設(shè)規(guī)定沿a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，那么圖中能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖像是圖9√例3(20xx·海安高級(jí)高二上學(xué)期期中)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩解析線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從題圖位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電.對(duì)于題圖起始時(shí)刻，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向紙外運(yùn)動(dòng)，速度方向和磁場(chǎng)方向垂直，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最大；用右手定那么判斷出電流方向?yàn)閍→b→c→d→a，與規(guī)定的正方向相同，應(yīng)選項(xiàng)C正確.解析線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從題圖位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦例4(多項(xiàng)選擇)矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)繞垂直磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，線框輸出的交流電壓隨時(shí)間變化的圖像如圖10所示，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A.第1s末線圈平面垂直于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大B.第1s末線圈平面平行于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大C.第2s末線圈平面平行于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量最小D.第2s末線圈平面垂直于磁場(chǎng)，通過(guò)線圈的磁通量最大√圖10√例4(多項(xiàng)選擇)矩形線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)繞垂直磁場(chǎng)方向的軸勻速解析第1s末，u最大，e最大，那么最大，線圈平面平行于磁感線，A錯(cuò)，B對(duì)；第2s末，u＝0，e＝0，＝0，Φ最大，線圈位于中性面上，C錯(cuò)，D對(duì).解析第1s末，u最大，e最大，那么最大[學(xué)科素養(yǎng)]通過(guò)以上例題，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉：(1)中性面是線圈平面與磁場(chǎng)垂直的位置；(2)當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流是正弦交流電，滿(mǎn)足表達(dá)式e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt，也可用正弦圖像表示e－t、i－t、u－t的變化規(guī)律.通過(guò)這樣的提煉和升華，較好地表達(dá)了“物理觀念〞和“科學(xué)思維〞的學(xué)科素養(yǎng).[學(xué)科素養(yǎng)]通過(guò)以上例題，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉：(1)中性面是達(dá)標(biāo)檢測(cè)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(交變電流的產(chǎn)生)(多項(xiàng)選擇)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流解析由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對(duì)線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒(méi)有特殊要求，應(yīng)選項(xiàng)B、C、D正確.√√√12341.(交變電流的產(chǎn)生)(多項(xiàng)選擇)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了2.(交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律)(20xx·北京豐臺(tái)區(qū)下學(xué)期綜合練習(xí))如圖11所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過(guò)程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)