浙江专版2024_2025学年高中物理第五章第1节交变电流讲义含解析新人教版选修3_2.docVIP

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交变电流

交变电流及其产生

[探新知·基础练]

1．交变电流

(1)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变更的电流，简称沟通。

(2)直流：大小和方向不随时间变更的电流。

(3)区分直流电流和交变电流主要是看电流方向是否变更。

2．正弦式交变电流的产生

将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动。

3．中性面

线圈平面与磁感线垂直时的位置。

(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但线圈中的电流为零。

(2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要变更。线圈转动一周，感应电流方向变更两次。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．方向周期性变更，大小不变的电流也是交变电流。()

2．产生交变电流的方法只有两种，旋转电枢式发电和旋转磁极式发电。()

3．在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动通过中性面时，感应电流为零，但感应电流为零时，不肯定在中性面位置。()

答案：1.√2.×3.×

[释疑难·对点练]

中性面、中性面的垂面位置的特性及转动过程中各量的变更

中性面

中性面的垂面

远离中性面

靠近中性面

位置

线圈平面与磁场垂直

线圈平面与磁场平行

线圈平面与磁场间夹角变小

线圈平面与磁场间夹角变大

磁通量

最大

零

减小

增大

磁通量变更率

零

最大

增大

减小

感应电动势

零

最大

增大

减小

线圈边缘线速度与磁场方向夹角

0

90°

从0°渐渐变大

从90°渐渐变小

感应电流

零

最大

增大

减小

电流方向

变更

不变

不变

不变

在线圈转动过程中，磁通量最大时，磁通量的变更率恰好为零，磁通量为零时，磁通量的变更率恰好最大，感应电动势的大小由磁通量的变更率确定。

[试身手]

1．关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流，以下说法中正确的是()

A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就变更一次，感应电动势方向不变

B．线圈每转动一周，感应电流方向就变更一次

C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要变更一次

D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要变更一次

解析：选C线圈转至中性面时，线圈平面垂直于磁感线，磁通量最大，但磁通量的变更率、感应电动势、感应电流均为零，电流方向恰好发生变更。因此，线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时，每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要变更一次，线圈每转动一周，经过中性面两次，感应电动势和感应电流的方向都变更两次，所以C正确。

交变电流的变更规律

[探新知·基础练]

1．正弦式交变电流瞬时值表达式

(1)当从中性面起先计时：e＝Emsin_ωt。

(2)当从与中性面垂直的位置起先计时：e＝Emcos_ωt。

2．正弦式交变电流的峰值表达式

Em＝nBSω与线圈的形态及转动轴的位置无关。(填“有关”或“无关”)

3．两个特别位置

(1)中性面：线圈平面与磁场垂直。

Φ为最大，eq\f(ΔΦ,Δt)为0，e为0，i为0。(填“0”或“最大”)

(2)垂直中性面：线圈平面与磁场平行。

Φ为0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e为最大，i为最大(填“0”或“最大”)。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中，某些特别时段，可能感应电动势和磁通量同时变大。()

2．表达式为e＝Emsinωt的交变电流为正弦式交变电流，表达式为e＝Emsin(ωt＋eq\f(π,2))的交变电流也是正弦式交变电流。()

3．线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦式交变电流，峰值越大，则瞬时值也越大。()

答案：1.×2.√3.×

[释疑难·对点练]

1．瞬时值的推导

若线圈平面从中性面起先转动，如图所示，则经时间t：

(1)线圈转过的角度为ωt。

(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt。

(3)ab边转动的线速度大小为v＝ωeq\f(Lad,2)。

(4)ab边产生的感应电动势：

eab＝BLabvsinθ＝eq\f(BSω,2)sinωt。

(5)整个线圈产生的感应电动势：

e＝2eab＝BSωsinωt，若线圈为N匝，e＝NBSωsinωt。

(6)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得i＝eq\f(e,R＋r)＝eq\f(Em,R＋r)sinωt，即im＝Imsinωt，R两端的电压可记为um＝Umsinωt。

2．峰值

(1)由e＝NBSωsinωt可知，电动势的峰值Em＝NBSω。

(2)交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S确定，与线圈的形态无关，与转轴的位置无关，但转轴必需垂直于磁场，因此如图所示几种状