浙江新高考专用2024_2025学年高中物理第五章交变电流1交变电流讲义新人教版选修3_2.docxVIP

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1交变电流

学问内容

选考要求

课时要求

交变电流

c

1.知道交变电流，能区分直流和交变电流.

2.知道沟通发电机的基本结构与工作原理，了解中性面的概念.

3.知道正弦式交变电流的图象描述.

4.知道正弦式交变电动势、电压、电流的瞬时值表达式，理解峰值的意义.

5.区分特别位置的磁通量与磁通量变更率，理解磁通量变更率与电动势之间的关系.

一、交变电流

1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变更的电流叫交变电流，简称沟通.

2.直流：方向不随时间变更的电流称为直流.

3.正弦式交变电流：按正弦规律变更的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流.

二、交变电流的产生

闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.

三、交变电流的变更规律

1.中性面

(1)中性面：与磁感线垂直的平面.

(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生变更，故线圈转动一周电流方向变更两次.

2.从中性面起先计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsinωt，Em叫做电动势的峰值.

1.推断下列说法的正误.

(1)如图1所示的电流为沟通电.(×)

图1

(2)如图2所示的电流为沟通电.(√)

图2

(3)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流.(×)

(4)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大.(×)

(5)线圈在通过中性面时电流的方向发生变更.(√)

2.有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5T，该线圈产生的感应电动势的峰值为，感应电流的峰值为，在图示位置时感应电动势为，从图示位置转过90°时感应电动势为(取π＝3.14).

图3

答案6.28V6.28A6.28V0

解析感应电动势的峰值为Em＝NBSω＝10×0.5×0.22×10πV＝6.28V

感应电流的峰值为Im＝eq\f(Em,R)＝6.28A

题图所示位置线圈中产生的感应电动势最大，为6.28V

从题图所示位置转过90°时，位于中性面上，切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，感应电动势为0.

一、交变电流的产生

两个特别位置

(1)中性面(S⊥B位置)

线圈平面与磁场垂直的位置，此时通过线圈的磁通量Φ最大，磁通量变更率eq\f(ΔΦ,Δt)为0，电动势e为0，电流i为0.

线圈经过中性面时，电流方向发生变更，线圈转一圈电流方向变更两次.

(2)垂直中性面位置(S∥B位置)

此时通过线圈的磁通量Φ为0，磁通量变更率eq\f(ΔΦ,Δt)最大，电动势e最大，电流i最大.

例1(2024·温州市期末)如图4所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个试验，正确的说法是()

图4

A.线圈从随意位置转过180°过程，穿过线圈的磁通量变更量肯定为零

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，磁通量变更率为零

答案C

解析线圈从中性面位置转过180°过程，穿过线圈的磁通量变更量不为零，故A错误；图示位置线圈平面与磁场平行，磁通量为零，不是中性面，故B错误；由楞次定律推断图示位置ab边的感应电流方向为a→b，故C正确；线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量变更率最大，故D错误.

针对训练(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是()

A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大

B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零

C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就变更一次

D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零

答案CD

解析线框位于中性面时，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更率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变更.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垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变更率最大，故C、D选项正确.

二、交变电流的变更规律

1.峰值

Em＝NBSω，Im＝eq\f(Em,R＋r)＝eq\f(NBSω,R＋r)，Um＝ImR＝eq\f(NBSωR,R＋r)

说明：峰值由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S确定，与线圈的形态无关，与转轴的位置无关.

如图5所示的几种状况中，假如N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值