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                                   學(xué)習(xí)目標(biāo)

1．知道什么是交變電流

2．掌握交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律

3．理解正弦交流電的圖象及表達(dá)式

探究導(dǎo)航

一、交變電流：  （快速閱讀課本P31，認(rèn)識(shí)交流電和直流電，完成下列問(wèn)題）

       交變電流： 大小 和 方向 都隨時(shí)間做周期性變化的電流，叫做交變電流，簡(jiǎn)稱 交流 ，用符號(hào)  AC  表示。

      說(shuō)明：①     方向不變       的電流，叫做直流，用符號(hào)   DC  表示。 ②大小不變方向改變的電流也是交變電流．     方向      隨時(shí)間周期性變化是交變電流的最重要的特征．

例1．在如圖所示的幾種電流隨時(shí)間變化的圖線中，屬于交變電流的是     ABD        ，屬于正弦交變電流的是      A            。

  二、交變電流的產(chǎn)生

       中性面：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到其平面與磁感線 垂直 的位置時(shí)，線圈所在的平面叫做中性面．

①線圈位于中性面時(shí)，線圈中的各個(gè)邊均不切割磁感線，穿過(guò)線圈的磁通量最 大 ，磁通量的變化率為 零 ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流的瞬時(shí)值均為 零 ．

②線圈每次通過(guò)中性面時(shí)，其內(nèi)部的電流方向就要發(fā)生改變．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過(guò)中性面 兩  次，感應(yīng)電流的方向改變 兩 次．

 

例2．關(guān)于中性面，下列說(shuō)法正確的是(　　)

A．線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零

B．線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大

C．線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面，感應(yīng)電流的方向就改變一次

D．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過(guò)中性面一次，所以線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向就改變一次

答案：　AC

 三、正弦式電流的變化規(guī)律

（1）從課本圖5.1-3中甲圖開始計(jì)時(shí)，線圈的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式e＝________；用電器兩端的電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u＝________；流過(guò)用電器的電流瞬時(shí)值表達(dá)式i＝________.

（1）Emsinωt；Umsinωt；Imsinωt

（2）若從課本圖5.1-3中乙圖開始計(jì)時(shí)呢？

 

歸納：求解交變電流的瞬時(shí)值的步驟：（學(xué)生歸納）

 

例3.一矩形線圈有N=100匝，面積為50cm2，線圈內(nèi)阻r=2Ω，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)，從線圈平面與磁場(chǎng)平行開始計(jì)時(shí)，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，線圈的轉(zhuǎn)速為n=1200r/min,外接一用電器，電阻為R=18Ω，試寫出R兩端電壓瞬時(shí)值得表達(dá)式。

 

答案：

 

例4．如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)(　　)

 

A．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流

B．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)

C．線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流的方向相同，都是a→b→c→d

D．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力

答案：A

 

例5.一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化如圖所示，下面說(shuō)法正確的是              (　　)

A．t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零

B．t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大

C．t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大

D．每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量絕對(duì)值都為最大

答案：D

 

 

課后演練

 

1．如圖所示，表示交變電流的圖象是

答案  CD

 

2. 一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈通過(guò)中性面時(shí)(　　)

A．線圈平面與磁感線方向平行

B．通過(guò)線圈的磁通量達(dá)到最大值

C．通過(guò)線圈的磁通量變化率達(dá)到最大值

D．線圈中的電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值

答案：B

3．一線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在如圖所示位置時(shí)(　　)

 

A．穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小

B．穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大

C．穿過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大

D．穿過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小

答案：C

 

4.下圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交流電       (　　)

答案：BCD

 

5. 某線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)它的磁通量Φ隨時(shí)間的變化規(guī)律可用圖5－1－7表示，則(　　)

A．t1和t2時(shí)刻，穿過(guò)線圈磁通量的變化率最大

B．t2時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零

C．t3時(shí)刻，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零

D．t4時(shí)刻，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)最大值

 

6．交流發(fā)電機(jī)在工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)e＝Emsin ωt.若將線圈匝數(shù)、線圈面積都提高到原來(lái)的兩倍，其他條件不變，則電動(dòng)勢(shì)變?yōu)?　　)

A．e＝2Emsin ωt　　　　　　                   B．e＝4Emsin ωt

C．e＝Emsin ωt                                       D．e＝Emsin ωt

答案：　B

7．矩形線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為50V，那么該線圈由圖所示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為(　　)

 

A．50V                                                         B．25V

C．25V                                                         D．10V

答案：B

 

8．如圖所示是一多匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象，根據(jù)圖象可知(　　)

 

A．此交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為e＝200sin 0.02t V

B．此交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為e＝200sin 100πt V

C．t＝0.01 s時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零

D．t＝0.02 s時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量的變化率最大

答案：　B

9．一只矩形線圈在勻強(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)間變化的圖象如下圖甲所示，則下列說(shuō)法中正確的是(　　)

A．t＝0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直

B．t＝0.01 s時(shí)刻Φ的變化率達(dá)最大

C．0.02 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大

D．該線圈相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖象如圖乙所示

答案：　B

10．如圖所示，一邊長(zhǎng)為l的正方形線圈abcd繞對(duì)稱軸OO′在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n＝120 轉(zhuǎn)/分，若已知邊長(zhǎng)l＝20 cm，匝數(shù)N＝20，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2 T，求：

(1)轉(zhuǎn)動(dòng)中的最大電動(dòng)勢(shì)及位置；

(2)從中性面開始計(jì)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式；

(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中的平均電動(dòng)勢(shì)．

解析：　(1)當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)平行時(shí)(S∥B)，ab、cd兩邊均垂直切割磁感線，這時(shí)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大

Em＝NBSω＝20×0.2×0.22×2π×2 V＝2.0 V.

(2)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin ωt＝2sin 4πtV.

(3)E＝N＝20× V＝1.28 V.

答案：　(1)2.0 V　線圈平面與磁場(chǎng)平行

(2)e＝2sin 4πt　(3)1.28 V

11．發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝，邊長(zhǎng)為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞著垂直于磁場(chǎng)方向的軸以ω＝100πrad/s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)開始計(jì)時(shí)．線圈和外電路的總電阻R＝10Ω.

(1)寫出交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式；

(2)線圈從計(jì)時(shí)開始，轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量為多少？

答案：(1)i＝2πsin100πtA　(2)1×10－2c

解析：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值為Em＝nBSω.

Em＝100×0.05×0.2×0.2×100πV＝20πV

Im＝A＝2πA，

∴i＝Imsinωt＝2πsin100πtA

(2)線圈從計(jì)時(shí)開始，轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)程中通過(guò)線圈某一截面的電荷量q＝t＝Δt＝.從中性面計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)，如圖所示．

ΔΦ＝BΔS＝BS(1－sin30°)＝BS

q＝＝C＝C＝1×10－2C.

 

 
 

 

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