資源簡介 第三章 交變電流1 交變電流[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.通過實(shí)驗(yàn)觀察交變電流的方向。2.會分析交變電流的產(chǎn)生過程,會推導(dǎo)交變電流電動勢的表達(dá)式。3.知道什么是正弦式交變電流,知道正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(重點(diǎn))。4.了解交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及工作原理。一、交變電流1.交變電流:大小和方向隨時(shí)間做__________變化的電流叫作交變電流,簡稱________。2.直流:______不隨時(shí)間變化的電流稱為直流。3.恒定電流:大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流叫作恒定電流。下列屬于交變電流的是________;屬于直流的是________。交變電流與直流的本質(zhì)區(qū)別是________________________________。二、交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生過程分析1.如圖甲,線圈平面____________磁感線,AB、CD邊的速度方向與磁感線________,線圈____________感應(yīng)電動勢;2.如圖乙,線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90°,線圈平面與磁感線________,AB、CD邊都垂直切割磁感線,這時(shí)感應(yīng)電動勢________,線圈中的感應(yīng)電流也________,感應(yīng)電流方向?yàn)開_______________;3.如圖丙,當(dāng)線圈再逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90°時(shí)線圈平面又________于磁感線,線圈____________感應(yīng)電動勢;4.如圖丁,當(dāng)線圈再逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90°時(shí),AB、CD邊的瞬時(shí)速度方向跟線圈經(jīng)過乙圖位置時(shí)的速度方向相反,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在乙圖位置時(shí)相反,感應(yīng)電流方向?yàn)開_______________。1.交流發(fā)電機(jī)的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí),轉(zhuǎn)軸與磁場方向________。2.中性面:與磁場方向________的平面。3.兩個特殊位置(1)中性面位置(S⊥B,如圖中的甲、丙)此時(shí)Φ________,為________,e為0,i為0(均選填“最大”“最小”或“0”);線圈經(jīng)過____________時(shí),電流方向發(fā)生改變,線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變________。(2)垂直中性面位置(S∥B,如圖中的乙、丁)此時(shí)Φ為________,________,e最大,i最大(均選填“最大”“最小”或“0”)。4.交流發(fā)電機(jī)(1)主要構(gòu)造:________和________。(2)分類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī):____________轉(zhuǎn)動,____________不動。②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī):____________轉(zhuǎn)動,____________不動。(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,就可以產(chǎn)生交變電流。( )(2)線圈在通過中性面時(shí)磁通量最大,電流也最大。( )(3)線圈在垂直中性面位置時(shí)電流的方向發(fā)生改變。( )(4)從線圈平面與中性面垂直開始計(jì)時(shí),在線圈轉(zhuǎn)動2圈的過程中電流方向改變4次。( )例1 如圖所示的線圈勻速轉(zhuǎn)動或做勻速直線運(yùn)動,能產(chǎn)生交變電流的是( )例2 (2023·蘇州市高二統(tǒng)考期中)如圖所示是交流發(fā)電機(jī)的示意圖,下列說法中正確的是( )A.該發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)B.兩磁極之間產(chǎn)生的磁場是輻向磁場C.圖示位置時(shí),穿過線圈的磁通量為零,感應(yīng)電動勢也為零D.逆時(shí)針轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí),線圈中感應(yīng)電流的方向是A→B→C→D三、交變電流的變化規(guī)律如圖所示,線圈平面繞bc邊的中點(diǎn)從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度為ω。經(jīng)過時(shí)間t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt,ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt。設(shè)ab邊長為L1,bc邊長為L2,線圈面積S=L1L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則:(1)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大?(2)整個線圈中的感應(yīng)電動勢為多大?(3)若線圈有N匝,則整個線圈的感應(yīng)電動勢為多大?________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.正弦式交變電流:按________規(guī)律變化的電流叫作正弦式交變電流,簡稱____________。2.從中性面開始計(jì)時(shí),線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e=________________,其中Em=________為交變電流的峰值。說明:(1)若從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)e=Emcos ωt。(2)電動勢峰值Em=NωBS,由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S決定,與線圈的形狀無關(guān),與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)。如圖所示的幾種情況中,如果N、B、ω、S均相同,則感應(yīng)電動勢的峰值均相同。3.正弦式交變電流和電壓電流表達(dá)式i=Imsin ωt,電壓表達(dá)式u=Umsin ωt,其中Im=,Um=R。4.正弦式交變電流的圖像例3 如圖所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B= T,邊長L=10 cm的正方形線圈abcd共100匝,線圈總電阻r=1 Ω,線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,角速度ω=2π rad/s,外電路電阻R=4 Ω。求:(1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值;(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式;________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時(shí)電路中電流的瞬時(shí)值;(4)線圈從圖示位置開始計(jì)時(shí)經(jīng) s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值;(5)電阻R兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________確定正弦式交變電流的電動勢瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法1.確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計(jì)時(shí),以確定瞬時(shí)值表達(dá)式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化。2.確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度。3.確定感應(yīng)電動勢的峰值Em=NωBS。4.寫出瞬時(shí)值表達(dá)式e=Emsin ωt或e=Emcos ωt。例4 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示,則下列說法不正確的是( )A.圖中曲線是從線圈平面與磁場方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)的B.t1和t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零C.t1和t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率為零D.感應(yīng)電動勢e的方向變化時(shí),穿過線圈的磁通量最大如圖甲、乙所示,從圖像中可以得到以下信息:(1)交變電流的峰值Em、Im。(2)兩個特殊值對應(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):線圈平面平行于磁感線,此時(shí)最大,Φ=0。(3)e、i大小和方向隨時(shí)間的變化規(guī)律。針對訓(xùn)練 一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的Φ-t圖像如圖所示。下列說法正確的是( )A.t=0時(shí)刻線圈在中性面位置,穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率為零B.t=0.01 s時(shí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大C.t=0.02 s時(shí)穿過線圈的磁通量的變化率為零D.t=0.03 s時(shí)線圈中的電流方向發(fā)生改變例5 (2022·徐州市高二統(tǒng)考期中)如圖是交流發(fā)電機(jī)的示意圖。裝置中兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似看為勻強(qiáng)磁場,線圈的AB邊(B端被磁極S擋住未標(biāo)出)連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上;電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。下列說法正確的是( )A.圖示時(shí)刻,線圈中的電流為0B.圖示時(shí)刻,穿過線圈的磁通量最大C.圖示時(shí)刻,電流從右向左流過靈敏電流表GD.僅增大線圈轉(zhuǎn)速會使回路中的感應(yīng)電流的最大值變大1 交變電流[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.通過實(shí)驗(yàn)觀察交變電流的方向。2.會分析交變電流的產(chǎn)生過程,會推導(dǎo)交變電流電動勢的表達(dá)式。3.知道什么是正弦式交變電流,知道正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(重點(diǎn))。4.了解交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及工作原理。一、交變電流1.交變電流:大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流,簡稱交流。2.直流:方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流。3.恒定電流:大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流叫作恒定電流。下列屬于交變電流的是________;屬于直流的是________。交變電流與直流的本質(zhì)區(qū)別是________________________________。答案 (1)(2)(6) (3)(4)(5) 電流方向是否改變二、交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生過程分析1.如圖甲,線圈平面垂直于磁感線,AB、CD邊的速度方向與磁感線平行,線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢;2.如圖乙,線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90°,線圈平面與磁感線平行,AB、CD邊都垂直切割磁感線,這時(shí)感應(yīng)電動勢最大,線圈中的感應(yīng)電流也最大,感應(yīng)電流方向?yàn)镈→C→B→A;3.如圖丙,當(dāng)線圈再逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90°時(shí)線圈平面又垂直于磁感線,線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢;4.如圖丁,當(dāng)線圈再逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90°時(shí),AB、CD邊的瞬時(shí)速度方向跟線圈經(jīng)過乙圖位置時(shí)的速度方向相反,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在乙圖位置時(shí)相反,感應(yīng)電流方向?yàn)锳→B→C→D。1.交流發(fā)電機(jī)的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí),轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直。2.中性面:與磁場方向垂直的平面。3.兩個特殊位置(1)中性面位置(S⊥B,如圖中的甲、丙)此時(shí)Φ最大,為0,e為0,i為0(均選填“最大”“最小”或“0”);線圈經(jīng)過中性面時(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,如圖中的乙、丁)此時(shí)Φ為0,最大,e最大,i最大(均選填“最大”“最小”或“0”)。4.交流發(fā)電機(jī)(1)主要構(gòu)造:電樞和磁體。(2)分類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī):電樞轉(zhuǎn)動,磁極不動。②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī):磁極轉(zhuǎn)動,電樞不動。(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,就可以產(chǎn)生交變電流。( × )(2)線圈在通過中性面時(shí)磁通量最大,電流也最大。( × )(3)線圈在垂直中性面位置時(shí)電流的方向發(fā)生改變。( × )(4)從線圈平面與中性面垂直開始計(jì)時(shí),在線圈轉(zhuǎn)動2圈的過程中電流方向改變4次。( √ )例1 如圖所示的線圈勻速轉(zhuǎn)動或做勻速直線運(yùn)動,能產(chǎn)生交變電流的是( )答案 D解析 A圖中,轉(zhuǎn)軸與磁場平行,線圈中磁通量不會發(fā)生變化,故沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故A錯誤;B圖中,根據(jù)E=BLv,可知產(chǎn)生的是恒定電流,不會產(chǎn)生交變電流,故B錯誤;C圖中,穿過閉合回路的磁通量不變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故C錯誤;D圖中,線圈沿垂直磁場的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,可以產(chǎn)生交變電流,故D正確。例2 (2023·蘇州市高二統(tǒng)考期中)如圖所示是交流發(fā)電機(jī)的示意圖,下列說法中正確的是( )A.該發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)B.兩磁極之間產(chǎn)生的磁場是輻向磁場C.圖示位置時(shí),穿過線圈的磁通量為零,感應(yīng)電動勢也為零D.逆時(shí)針轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí),線圈中感應(yīng)電流的方向是A→B→C→D答案 A解析 電樞轉(zhuǎn)動,磁極不動的發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī),故A正確;兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似看作勻強(qiáng)磁場,故B錯誤;題圖所示位置為線圈平面與磁場方向平行的位置,通過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,故C錯誤;根據(jù)右手定則可知逆時(shí)針轉(zhuǎn)至題圖所示位置時(shí),線圈中感應(yīng)電流的方向是D→C→B→A,故D錯誤。三、交變電流的變化規(guī)律如圖所示,線圈平面繞bc邊的中點(diǎn)從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度為ω。經(jīng)過時(shí)間t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt,ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt。設(shè)ab邊長為L1,bc邊長為L2,線圈面積S=L1L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則:(1)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大?(2)整個線圈中的感應(yīng)電動勢為多大?(3)若線圈有N匝,則整個線圈的感應(yīng)電動勢為多大?答案 (1)eab=BL1vsin ωt=BL1sin ωt=BL1L2ωsin ωt=BSωsin ωt。(2)整個線圈中的感應(yīng)電動勢由ab和cd兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢組成,且eab=ecd,所以e總=eab+ecd=BSωsin ωt。(3)若線圈有N匝,則相當(dāng)于N個完全相同的電源串聯(lián),所以e=NBSωsin ωt。1.正弦式交變電流:按正弦規(guī)律變化的電流叫作正弦式交變電流,簡稱正弦式電流。2.從中性面開始計(jì)時(shí),線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e=Emsin ωt,其中Em=NBSω為交變電流的峰值。說明:(1)若從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)e=Emcos ωt。(2)電動勢峰值Em=NωBS,由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S決定,與線圈的形狀無關(guān),與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)。如圖所示的幾種情況中,如果N、B、ω、S均相同,則感應(yīng)電動勢的峰值均相同。3.正弦式交變電流和電壓電流表達(dá)式i=Imsin ωt,電壓表達(dá)式u=Umsin ωt,其中Im=,Um=R。4.正弦式交變電流的圖像例3 如圖所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B= T,邊長L=10 cm的正方形線圈abcd共100匝,線圈總電阻r=1 Ω,線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,角速度ω=2π rad/s,外電路電阻R=4 Ω。求:(1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值;(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式;(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時(shí)電路中電流的瞬時(shí)值;(4)線圈從圖示位置開始計(jì)時(shí)經(jīng) s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值;(5)電阻R兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式。答案 (1)2 V (2)e=2cos 2πt (V) (3) A (4) A (5)uR=cos 2πt(V)解析 (1)設(shè)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值為Em,則Em=NBL2ω=100××0.12×2π V=2 V。(2)從題圖所示位置開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emcos ωt=2cos 2πt (V)。(3)從題圖所示位置轉(zhuǎn)過30°角時(shí)感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值e′=2cos 30° V= V,則電路中電流的瞬時(shí)值為i== A。(4)t= s時(shí),e″=2cos (2π×) V= V,對應(yīng)的電流的瞬時(shí)值i′== A。(5)由歐姆定律,得uR=R=cos 2πt(V)。確定正弦式交變電流的電動勢瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法1.確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計(jì)時(shí),以確定瞬時(shí)值表達(dá)式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化。2.確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度。3.確定感應(yīng)電動勢的峰值Em=NωBS。4.寫出瞬時(shí)值表達(dá)式e=Emsin ωt或e=Emcos ωt。例4 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖所示,則下列說法不正確的是( )A.圖中曲線是從線圈平面與磁場方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)的B.t1和t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零C.t1和t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率為零D.感應(yīng)電動勢e的方向變化時(shí),穿過線圈的磁通量最大答案 B解析 由題圖可知,當(dāng)t=0時(shí),感應(yīng)電動勢最大,說明穿過線圈的磁通量的變化率最大,磁通量為零,即題圖中曲線是從線圈平面與磁場方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)的,選項(xiàng)A正確;t1和t3時(shí)刻感應(yīng)電動勢為零,穿過線圈的磁通量的變化率為零,磁通量最大,選項(xiàng)B錯誤,C正確;感應(yīng)電動勢e的方向變化時(shí),線圈通過中性面,此時(shí)穿過線圈的磁通量最大,選項(xiàng)D正確。如圖甲、乙所示,從圖像中可以得到以下信息:(1)交變電流的峰值Em、Im。(2)兩個特殊值對應(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):線圈平面平行于磁感線,此時(shí)最大,Φ=0。(3)e、i大小和方向隨時(shí)間的變化規(guī)律。針對訓(xùn)練 一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的Φ-t圖像如圖所示。下列說法正確的是( )A.t=0時(shí)刻線圈在中性面位置,穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率為零B.t=0.01 s時(shí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大C.t=0.02 s時(shí)穿過線圈的磁通量的變化率為零D.t=0.03 s時(shí)線圈中的電流方向發(fā)生改變答案 D解析 t=0時(shí)刻,穿過線圈的磁通量為0,但Φ的變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,線圈垂直于中性面,A錯誤;t=0.01 s時(shí),穿過線圈的磁通量最大,Φ的變化率為0,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為0,B錯誤;t=0.02 s時(shí),穿過線圈的磁通量為0,但Φ的變化率最大,C錯誤;由題圖可知,t=0.03 s時(shí),穿過線圈的磁通量最大,此時(shí)線圈經(jīng)過中性面,線圈中電流方向發(fā)生變化,D正確。例5 (2022·徐州市高二統(tǒng)考期中)如圖是交流發(fā)電機(jī)的示意圖。裝置中兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似看為勻強(qiáng)磁場,線圈的AB邊(B端被磁極S擋住未標(biāo)出)連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上;電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。下列說法正確的是( )A.圖示時(shí)刻,線圈中的電流為0B.圖示時(shí)刻,穿過線圈的磁通量最大C.圖示時(shí)刻,電流從右向左流過靈敏電流表GD.僅增大線圈轉(zhuǎn)速會使回路中的感應(yīng)電流的最大值變大答案 D解析 題圖所示時(shí)刻,線圈平面與磁場平行,穿過線圈的磁通量為零,但磁通量變化率最大,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,感應(yīng)電流也最大,故A、B錯誤;題圖所示時(shí)刻,根據(jù)右手定則判斷知感應(yīng)電流的方向?yàn)锳→B→C→D,即電流將通過電刷F從左向右流過靈敏電流表G,故C錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,可得線圈在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NBSω=NBS·2πn,顯然,僅增大線圈轉(zhuǎn)速n,則感應(yīng)電動勢最大值將增大,回路中的感應(yīng)電流最大值也將增大,故D正確。 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫