教科版物理选修32第2章 1交变电流Word文件下载.docx
- 文档编号:17878332
- 上传时间:2022-12-11
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:250.26KB
教科版物理选修32第2章 1交变电流Word文件下载.docx
《教科版物理选修32第2章 1交变电流Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《教科版物理选修32第2章 1交变电流Word文件下载.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Em=NBSω.
3.中性面:
线圈平面与磁场垂直的位置.
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×
”)
(1)交变电流指的是正弦交流电.(×
)
(2)教室的照明电路中所用的是正弦式交流电.(√)
(3)电流方向做周期性变化的电流就是交变电流.(√)
(4)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流.(×
(5)正弦交变电流的函数形式与计时起点有关.(√)
(6)当线圈中的磁通量为零时,产生的电流也为零.(×
2.下列四个图像中不属于交流电的是( )
D [A、B、C中e的方向均做周期性变化,故它们属于交流电,D中e的大小变化而方向不变,属直流电.]
3.如图所示,一线圈在匀强磁场中匀速转动,经过图示位置时( )
A.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大
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大,磁通量的变化率最小
D.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最小
A [由图可知线圈平面与磁感线平行,应处于垂直于中性面的平面,此时穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大,所以A选项正确.]
交变电流的产生
1.产生
在匀强磁场中,绕垂直磁场方向的轴匀速转动的线圈中产生的是交变电流,实验装置如图所示.
2.过程分析(如图所示)
线圈由甲位置转到乙位置过程中,电流方向为b→a→d→c.
线圈由乙位置转到丙位置过程中,电流方向为b→a→d→c.
线圈由丙位置转到丁位置过程中,电流方向为a→b→c→d.
线圈由丁位置转到甲位置过程中,电流方向为a→b→c→d.
3.两个特殊位置对比
位置
中性面
中性面的垂面
磁通量
最大
零
磁通量变化率
感应电动势
线圈边缘切割磁感线的有效速度
感应电流
电流方向
改变
不变
【例1】 如图所示,
(1)→
(2)→(3)→(4)→(5)过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.下列说法正确的是( )
A.图
(1)中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大
B.从图
(2)位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imsinωt
C.当线圈转到图(3)位置时,感应电流最小,且感应电流方向改变
D.当线圈转到图(4)位置时,感应电动势最小,ab边感应电流方向为b→a
C [将立体图转化为平面图来分析,如图所示.
图甲中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率最小,故A错误;
从图乙位置开始计时,则t=0时线圈产生的感应电动势最大,形成的感应电流最大,线圈中的电流i随时间t变化的关系是i=Imcosωt,故B错误;
当线圈转到图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,且感应电流方向改变,故C正确;
当线圈转到图丁位置时,感应电动势最大,根据右手定则可知ab边感应电流方向为b→a,故D错误.]
线圈在匀强磁场中转动问题的分析方法
(1)分析线圈在不同时刻的位置及穿过它的磁通量、磁通量的变化率情况,利用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向.
(2)搞清两个特殊位置的特点
①线圈平面与中性面重合时,S⊥B,Φ最大,
=0,e=0,i=0,电流方向将发生改变.
②线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0,
最大,e最大,i最大,电流方向不改变.
训练角度1:
交变电流的产生
1.(多选)下列各图中,线圈中能产生交变电流的有( )
A B
C D
BCD [B、C、D中当线圈在磁场中转动时,穿过线圈的磁通量变化,会产生感应电流,而A中线圈转动时,穿过线圈的磁通量始终为零,无感应电流产生,故B、C、D正确.]
训练角度2:
对中性面特点的理解
2.(多选)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轴OO′以恒定的角速度ω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如图乙所示的余弦规律变化,则在t=
时刻( )
甲 乙
A.线圈中的电流最大
B.穿过线圈的磁通量为零
C.线圈所受的安培力为零
D.线圈中的电流为零
CD [线圈转动的角速度为ω,则转过一圈用时
,当t=
时说明转过了
圈,此时线圈位于中性面位置,所以穿过线圈的磁通量最大,B错误;
由于此时感应电动势为零,所以线圈中电流为零,线圈所受的安培力为零,A错误,C、D正确.]
正弦交流电的瞬时值和最大值
1.瞬时值表达式的推导
若线圈平面从中性面开始转动,如图所示,则经时间t:
2.峰值表达式
(1)Em=NBSω=NΦmω.
(2)Im=
.
(3)Um=ImR′.
3.正弦交变电流的瞬时值表达式
(1)e=NBSωsinωt=Emsinωt.
(2)i=
=
sinωt=Imsinωt.
(3)u=iR=ImRsinωt=Umsinωt.
上面各式中的e、i、u仅限于从中性面开始计时的情况.若从垂直于中性面(即从线圈平面与磁场平行时)开始计时,则上述表达式应为e=Emcosωt,i=Imcosωt,u=Umcosωt.
【例2】 一矩形线圈,面积是0.05m2,共100匝,线圈电阻r=2Ω,外接电阻R=8Ω,线圈在磁感应强度B=
T的匀强磁场中以n=300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图所示,若从中性面开始计时,求:
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(2)线圈从开始计时经
s时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值;
(3)外电路R两端电压瞬时值的表达式.
思路点拨:
①线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时电动势的最大值Em=NBSω.②感应电动势瞬时值表达式与开始计时的位置有关,若从中性面开始计时,则e=Emsinωt.
解析:
(1)线圈转速n=300r/min=5r/s
角速度ω=2πn=10πrad/s
线圈产生的感应电动势最大值Em=NBSω=50V
由此得到的感应电动势瞬时值表达式为
e=Emsinωt=50sin10πtV.
(2)将t=
s代入感应电动势瞬时值表达式中,
得e′=50sin(10π×
)V=25
V
对应的感应电流i′=
A.
(3)由欧姆定律得u=
R=40sin10πtV.
答案:
(1)e=50sin10πtV
(2)
A (3)u=40sin10πtV
(1)求交变电流瞬时值的方法
①确定线圈转动从哪个位置开始计时;
②确定表达式是正弦函数还是余弦函数;
③确定转动的角速度ω=2πn(n的单位为r/s)、Em=NBSω;
④写出表达式,代入角速度求瞬时值.
(2)线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流,产生的交变电流与线圈的形状无关.如图所示,若线圈的面积与例2中题图所示线圈面积相同,则答案完全相同.
交变电流的瞬时值表达式
3.某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律为e=Emsinωt,保持其他条件不变,使该线圈的转速和匝数同时增加一倍,则此时所产生的电动势的瞬时值表达式为( )
A.e′=2Emsin2ωt B.e′=2Emsinωt
C.e′=4Emsin2ωtD.e′=4Emsinωt
C [因ω=2πn,故转速加倍时,角速度也加倍,根据Em=NBSω,转速和匝数均加倍时,电动势的峰值将变为原来的4倍,所以选项C正确.]
交变电流的变化规律
4.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50V,那么该线圈从如图所示位置转过30°
时,线圈中的感应电动势大小为( )
A.50VB.25
C.25VD.10V
B [矩形线圈从图示位置开始计时转动产生的感应电动势e=50cosωtV,所以当线圈转过30°
时,线圈中的感应电动势大小为50cos30°
V=25
V,选项B正确.]
交变电流的图像问题
交变电流随时间t的变化规律不再是简单的正比例关系,所以借助图像来分析研究比单纯用代数的方法更简捷、直观.
1.从如图所示的交变电流定以下量:
(1)可以读出电动势的最大值Em.
(2)可根据线圈转至中性面时电动势为零的特点,确定线圈处于中性面的时刻,确定了该时刻,也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻.
(3)可根据线圈转至与磁场平行时感应电动势最大的特点,确定线圈与中性面垂直的时刻,此时刻也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻.
(4)可以确定某一时刻电动势大小以及某一时刻电动势的变化趋势.
2.交变电流的电压或电流变化的快慢(变化率),在图线上等于某瞬间切线的斜率,它与电压或电流瞬时值的大小是两回事.瞬时值最大时,变化率最小(等于零);
瞬时值为零时,变化率恰好最大.在具体问题中,必须弄清楚哪些量与瞬时值有关,哪些量与变化率有关.
【例3】 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,则下列说法中正确的是( )
甲 乙
A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直
B.t=0.01s时刻Φ的变化率达到最大
C.t=0.02s时刻感应电动势达到最大
D.该线圈相应的感应电动势图像如题图乙所示
B [t=0时Φ最大,线圈应在中性面位置,A错误;
t=0.01s时,Φt图像的斜率最大,故
最大,B正确;
t=0.02s时,Φ最大,故e=0,C错误;
因Φt图像为余弦图像,故et图像应为正弦图像,D错误.]
交变电流图像问题的分析方法
(1)看清两轴物理量的物理意义,分清是何种图像.
(2)分析“斜率”“截距”“点”表示的物理意义.
(3)掌握“图与图”“图与式”和“图与物”间的对应关系.
5.如图甲所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生的交变电流如图乙所示,设沿abcda方向为电流正方向,则下列说法正确的是( )
A.乙图中ab时间段对应甲图中A至B图的过程
B.乙图中bc时间段对应甲图中C至D图的过程
C.乙图中d时刻对应甲图中的D图
D.若乙图中d处是0.02s,则1s内电流的方向改变50次
B [A图中,穿过线圈的磁通量最大,但变化率为零,此时线圈产生的电动势为零,故A错;
C图中,穿过线圈的磁通量最大,变化率为零,此时产生的电动势也为零,线圈沿轴逆时针转动,由C转到D的过程中,穿过线圈的磁通量减小,感应电流形成的磁场与原磁场相同,故感应电流的方向为adcba,与规定方向相反,电流为负,B对;
乙图中的d时刻电流为零,线圈应处于中性面位置,知C错;
若乙图中d处是0.02s,即周期为0.02s,一个周期内电流方向改变两次,故1s改变100次,D错.]
[课堂小结]
核心归纳
知识脉络
1.2种电流——直流、交流
2.2个特殊位置——中性面、垂直中性面位置
3.1个过程——交变电流的产生过程
4.1个变化规律——交变电流的变化规律
5.2个值——峰值、瞬时值
1.(多选)关于交变电流和直流电的说法中,正确的是( )
A.如果电流大小做周期性变化,则一定是交变电流
B.直流电的大小可以变化,但方向一定不变
C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
BD [直流电的特征是电流方向不变,交流电的特征是电流方向周期性改变.另外交变电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电.故选B、D.]
2.(多选)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动,在线圈平面经过中性面瞬间( )
A.线圈平面与磁感线平行
B.通过线圈的磁通量最大
C.线圈中的感应电动势最大
D.线圈中感应电流的方向改变
BD [在线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这样的位置叫作中性面.根据这一定义,线圈平面经过中性面瞬间,通过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势为零,此时,感应电流的方向发生改变,所以选项B、D正确.]
3.如图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( )
A.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a→b
D.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零
C [线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变化的交变电流,图示位置为垂直中性面,线圈中感应电流最大,故B错误;
线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右摆动一次;
线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则知,ab边的感应电流方向为a→b;
线圈平面与磁场方向平行时,ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这样认为,线圈处于竖直位置时,磁通量为零,但磁通量的变化率最大.]
4.如图甲所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角θ=45°
时(如图乙)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正.下列四个选项中正确的是( )
B [当从题图乙所示位置转过
时刻,线圈处在中性面位置,感应电流为零,且在此段转动时间内电流方向为从b流向a,故选项B正确.]
5.有一10匝正方形线框,边长为20cm,线框总电阻为1Ω,线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动,如图,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T.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.
(1)交变电流电动势最大值为
Em=NBSω=10×
0.5×
0.22×
10πV=6.28V
电流的最大值为Im=
A=6.28A.
(2)线框转过60°
时,感应电动势
E=Emsin60°
=5.44V.
(3)由于线框转动是从中性面开始计时的,所以瞬时值表达式为e=Emsinωt=6.28sin10πtV.
(1)6.28V 6.28A
(2)5.44V
(3)e=6.28sin10πtV
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 教科版物理选修32第2章 1交变电流 教科版 物理 选修 32 电流
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)