人教版高中物理选修3-2知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题5.1 交变电流

第五章 交变电流 第1节 交变电流 知识 一、交变电流 1．交变电流 _____和_____都随时间做周期性变化的电流。如图（a）、（b）、（c）、（d）所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图（a）所示。 2．直流：_____不随时间变化的电流。 3．图象特点 （1）恒定电流的图象是一条与时间轴_____的直线。 （2）交变电流的图象随_____做周期性变化。 二、交变电流的产生 1．产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕_____磁场的轴匀速转动。 2．产生过程 3．中性面：线圈平面与磁场_____的位置。 4．中性面、中性面的垂直位置的特性比较 中性面 中性面的垂直位置 图示 含义 线圈平面与磁场方向____ 线圈平面与磁场方向____ 磁通量 _____ 0 磁通量的变化率 0 _____ 感应电动势 0 最大（nBSω） 电流方向 发生变化 方向不变 三、交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流 （1）定义：按正弦规律变化的交变电流，简称正弦式电流。 （2）函数和图象 函数 图象 瞬时电动势： e=Emsin ωt 瞬时电压： u=Umsin ωt 瞬时电流： i=Imsin ωt 特别提醒：表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压、电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。 2．其他交变电流 大小 方向 方向 平行 时间 垂直于 垂直 最大（BS） 垂直 水平 最大 正弦 重点 一、交变电流的产生 1．产生条件：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2．交变电流的方向 （1）线圈每经过中性面一次，线圈中感应电流就要改变方向。 （2）线圈转一周，感应电流方向改变两次。 3．线圈处于中性面位置时的特点，磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；当线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大。 【例题1】如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴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，则在0～这段时间内 A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小 参考答案：AD 二、交变电流的变化规律 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，则经时间t： 特别提醒：若线圈从中性面开始计时，e=Emsin ωt。若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e=Emcos ωt，所用瞬时值表达式与开始计时的位置有关。 2．峰值表达式 由e=nBSωsin ωt可知，电动势的峰值Em=nBSω=nΦmω，与线圈的形状及转轴位置无关。 【例题2】有一个10匝的正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图所示。垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T。以线框转至图中位置时开始计时。 （1）该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少？ （2）写出感应电动势随时间变化的表达式。 （3）线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多少？ 参考答案：（1）6.28 V　6.28 A　（2）e=6.28sin 10πt V （3）5.44 V 试题解析：（1）交变电流电动势最大值Em=NBSω=10×0.5×0.22×10 π V=6.28 V 电流的最大值 （2）由于线框转动是从中性面开始计时的，则e=Emsin ωt=6.28sin 10πt V （3）线框转过60°时，感应电动势e=Emsin 60°=5.44 V 【归纳总结】 确定正弦式交变电流瞬时值表达式的方法： （1）明确线圈在什么位置时开始计时，以确定瞬时值表达式正弦函数的初相位（零时刻的相位）； （2）确定线圈的匝数、线圈的面积、角速度等物理量； （3）由Em=nBSω求出感应电动势的最大值； （4）根据e=Emsin ωt写出正弦式交变电流的表达式。 三、正弦交变电流图象的认识和应用 1．对交变电流 ... ...