第3章 第2节 交变电流的产生（课件 学案 练习）高中物理鲁科版（2019）选择性必修 第二册

第2节　交变电流的产生 [教材链接] (1)感应电动势　感应电流　(2)线圈　磁极　(3)磁极　电枢 [科学探究] (1)AB边和CD边. (2)①从甲到乙过程,电流方向为D→C→B→A→D;②从乙到丙过程,电流方向为D→C→B→A→D;③从丙到丁过程,电流方向为A→B→C→D→A;④从丁到甲过程,电流方向为A→B→C→D→A. (3)线圈转到乙、丁瞬间,AB边与CD边都垂直切割磁感线,产生的感应电动势最大;转到甲、丙瞬间,AB边与CD边都不切割磁感线,产生的感应电动势最小. 例1　CD　[解析] 当线框位于中性面,线框平面与磁感线垂直,穿过线框的磁通量最大,但此时切割磁感线的两边的速度方向均与磁感线平行,即不切割磁感线,所以感应电动势等于零,此时穿过线框的磁通量的变化率等于零,感应电流的方向在此时发生改变,选项A错误,C、D正确.线框垂直于中性面时,穿过线框的磁通量为零,但切割磁感线的两边都是垂直切割,有效切割速度最大,所以感应电动势最大,选项B错误. [科学推理] (1)eab=BL1vsin ωt=BL1sin ωt=BL1L2ωsin ωt=BSωsin ωt. (2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两部分切割磁感线产生的感应电动势组成,且eab=ecd,所以e=eab+ecd=BSωsin ωt. (3)若线圈有N匝,则相当于N个完全相同的电源串联,所以e总=NBSωsin ωt. 例2　(1)6.28 V　6.28 A　(2)5.44 V　 (3)e=6.28sin 10πt(V) [解析] (1)交变电流的电动势最大值为Em=NBSω=10×0.5×0.22×10π V=6.28 V 电流最大值为Im== A=6.28 A. (2)线框转过60°角时,感应电动势e=Emsin 60°≈5.44 V. (3)由于线框转动是从中性面位置开始计时的,故感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsin ωt=6.28sin 10πt(V). 例3　CD　[解析] 由图像可知,t1时刻线圈中的感应电动势为零,则磁通量的变化率也为零,所以穿过线圈的磁通量为最大,A错误;t2时刻线圈中的感应电动势最大,则磁通量为零,B错误;t4时刻线圈中的感应电动势最大,则磁通量的变化率也最大,C正确;每当e改变方向时,线圈与磁场垂直,线圈通过中性面时,磁通量最大,D正确. 变式1　B　[解析] 由图甲可知,t=0时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面位置,t=0.01 s时刻,磁通量为零,但磁通量的变化率最大,A错误,B正确.t=0.02 s时刻,感应电动势应为零,C、D错误. [物理观念] (1)要考虑交变电流的最大值,只要达到击穿电压电容器必然会被击穿. (2)保险丝的熔断电流指交变电流的有效值,保险丝熔断是保险丝由于电流的热效应而温度升高,最后熔化. 例4　(1)3.14 V　(2)1.57 V　(3)2.60 V　(4)1.78 V (5)0.99 J　(6)0.086 6 C [解析] (1)感应电动势的峰值为Em=nBSω=3.14 V. (2)转过60°角时的瞬时感应电动势为e=Emcos 60°=3.14×0.5 V=1.57 V. (3)转过60°角的过程中产生的平均感应电动势为 =n=n=100× V≈2.60 V. (4)电压表示数为外电路电压的有效值,即 U=·R=×4 V≈1.78 V. (5)线圈转动一周过程中外力所做的功在数值上等于感应电流在一个周期内产生的热量,即 W=Q=·T≈0.99 J. (6)从图示位置开始计时,周期内通过电阻R的电荷量为 q=·=·=·=≈0.086 6 C. 随堂巩固 1.D　[解析] 题图为交流发电机的示意图,故而在线圈转动的过程中,产生交流电流,A错误.转到图乙位置时,穿过线圈的磁通量为零,线圈中产生的感应电动势最大,故B错误.转到图丙位置时,穿过线圈的磁通量最大,线圈中产生的感应电流为零,故C错误.转到图乙位置时,AB边向下切割磁感线,由右手定则可知线圈中的电流方向为ADCBA;转到图丁位置时,AB边向上切割磁感线,由右手定则可知线圈中的电流方向为ABCDA,所以感应电流方向相反,D正确. 2.CD　[解析] 以O1O1'为轴转动时,磁通量不变,不产生交变电流.无论以OO'为轴还是以ab为轴转动,感应电动势的最大值都是Bl1l2ω.由于是从与磁场平行的面开始计时,故产生的感应电动势e=Bl1l2ωcos ωt,C、D ... ...