【創(chuàng)新設(shè)計】2013-2014學(xué)年高中物理魯科版選修3-2第3章3-2交變電流是怎樣產(chǎn)生的

1、第2節(jié)交變電流是怎樣產(chǎn)生的,線圈(電樞),磁極,垂直,電流,中性面,最大,零,零,改變,Umsint,Imsint,最大值,2交流電的圖象(如圖322所示) 溫馨提示方向隨時間變化是交流電最主要的特征，也是交流電與直流電的根本區(qū)別，交流電的典型特征就是電流方向變化，其大小可能不變，如矩形交流電的方向變化，但大小不變，也是交流電.,一、交變電流的產(chǎn)生 1交流發(fā)電機的示意圖 如圖323所示，當(dāng)磁場中的線圈轉(zhuǎn)動時，流過電流表的電流方向就會發(fā)生改變，產(chǎn)生交變電流,圖323,2過程分析 如圖324所示為線圈abcd在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時的截面圖，ab和cd兩個邊切割磁感線，產(chǎn)生電動勢，線圈上就有了電流(

2、或者說穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生了感應(yīng)電流)具體分析如下圖所示，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動到圖位置時，導(dǎo)體不切割磁感線，線圈中無電流；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動到圖位置時，導(dǎo)體垂直切割磁感線，線圈中有電流，且電流從a端流入；線圈在圖位置同線圈在圖位置；線圈在圖位置時，電流從a端流出，這說明電流方向發(fā)生了改變；線圈在圖位置同在圖位置線圈這樣轉(zhuǎn)動下去，就在線圈中產(chǎn)生了交變電流,3中性面：線圈平面垂直于磁感線時所在的平面 在中性面，電流為零，電流的方向改變，對中性面位置及與中性面垂直的位置的認識,特別提醒線圈勻速轉(zhuǎn)動時，線速度不變，但切割磁感線的有效速度時刻在變化，且按正弦規(guī)律變化，這正是產(chǎn)生正弦式交變電流的根源,二、交變電流

3、的變化規(guī)律 1自中性面計時 正弦式交變電流的瞬時值表達式 (1)感應(yīng)電動勢：eEmsin t， 其中Em為電動勢的峰值 (2)感應(yīng)電流：iImsin t 其中，Im為電流的峰值 (3)通過電阻的電壓：uUm sin t 其中UmImR,2感應(yīng)電動勢峰值EmnBS的應(yīng)用范圍 對轉(zhuǎn)軸的要求：在線圈所在平面內(nèi)且與磁場垂直，當(dāng)線圈平面與磁場平行時，線圈中的感應(yīng)電動勢達到峰值，且滿足EmnBS ，交變電動勢峰值由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度和線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與軸的位置無關(guān)，如圖325所示的幾種情況中，如果n、B、S均相同，則感應(yīng)電動勢的峰值均為EmnBS.,3如何理解正弦交變電

4、流的圖象 正弦交變電流的圖象描述的是交變電流隨時間變化的規(guī)律，它是一條正弦曲線，如圖326所示,特別提醒若以中性面為計時起點，則eEmsin t；若以與中性面垂直的位置為計時起點，則eEmcos t.交變電流的表達式無論是正弦表達式還是余弦表達式，我們都稱之為正弦式交變電流.,思路點撥首先判斷t0時，線圈所在位置與中性面的關(guān)系，再判斷其電流的變化情況 答案AD 借題發(fā)揮當(dāng)線圈處于中性面位置時，磁通量最大，但磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零；當(dāng)線圈平面與中性面垂直時，磁通量為零，但磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大,【變式1】 線框在勻強磁場中繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(由上向下看是逆時針方向)，當(dāng)轉(zhuǎn)到

5、如圖328所示位置時，磁通量和感應(yīng)電動勢大小的變化情況是() A磁通量和感應(yīng)電動勢都在變大 B磁通量和感應(yīng)電動勢都在變小 C磁通量在變小，感應(yīng)電動勢在變大 D磁通量在變大，感應(yīng)電動勢在變小 解析由題圖可知，mcos ，eEmsin ，所以磁通量變大，感應(yīng)電動勢變小 答案D,答案(1)314sin 100t V(2)200 V(3)157 V,借題發(fā)揮求解交變電流瞬時值時可分三步： (1)確立線圈從哪個位置開始計時，進而確立表達式是正弦還是余弦形式； (2)確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度及線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強度B、線圈面積S等； (3)識記EmnBS，解題中可直接代入，不必推導(dǎo) (4)按表達式eEmsin

6、 t或eEmcos t代入Em及的具體數(shù)值,借題發(fā)揮(1)通過圖象直接獲得的信息：峰值和周期，及任意時刻的電動勢瞬時值； (2)明確圖象與線圈的轉(zhuǎn)動的對應(yīng)關(guān)系,答案BC,交變電流的產(chǎn)生 1矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，在線圈平面經(jīng)過中性面瞬間，下列說法正確的是() A線圈平面與磁感線平行 B通過線圈的磁通量最大 C線圈中的感應(yīng)電動勢最大 D線圈中感應(yīng)電動勢的方向改變 解析由中性面的定義知，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，故A錯誤，B正確；導(dǎo)線運動的方向與磁感線平行，感應(yīng)電動勢為零，在中性面前后，感應(yīng)電動勢的方向改變，故C項錯誤，D項正確 答案BD,2交流發(fā)電機在工作時電動勢為eEmsin t

7、，若將發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則電動勢為() 解析發(fā)電機電動勢瞬時值表達式為eEmsin t，而EmnBS，當(dāng)角速度加倍而面積減半時，Em不變，故正確答案是C. 答案C,交變電流的規(guī)律 3.有一10匝正方形線框，邊長為20 cm，線框總電阻為1 ，線框繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖3213所示，垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5 T問： (1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分別是多少？ (2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大？,交變電流的圖象 5.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢et圖象如圖3214所示，則() At1、t3時刻線圈通過中性面 Bt2、t4時刻線圈中磁通量最大 Ct1、t3時刻線圈中磁通量變化