2019-2020学年高中物理第五章交变电流第1节交变电流讲义含解析新人教版选修3_.pdf

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1、第1节交变电流1．交变电流是指大小和方向都随时间周期性变化的电流。2．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时可产生正弦式交变电流，与转轴的位置无关。3．正弦式交变电流的瞬时值表达式为e＝Esinωt,mu＝Usinωt,i＝Isinωt,式中的E、U、mmmmI是指交变电流的最大值，也叫峰值。m一、交变电流1．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流。2．直流方向不随时间变化的电流。二、交变电流的产生1．过程分析2．中性面线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。三、

2、交变电流的变化规律1．从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式从与中性面垂直从中性面位置开始计时的位置开始计时Φ＝ΦcosωtΦ＝Φsinωtmm磁通量＝BScosωt＝BSsinωt感应e＝Esinωte＝Ecosωtmm电动势＝NBSωsinωt＝NBSωcosωtu＝Usinωtu＝Ucosωtmm电压RNBSωRNBSω＝sinωt＝cosωtR＋rR＋ri＝Isinωti＝Icosωtmm电流NBSωNBSω＝sinωt＝cosωtR＋rR＋r2．交变电流的图像(1)正弦式交变电流的图像(2

3、)其他几种不同类型的交变电流1．自主思考——判一判(1)方向周期性变化，大小不变的电流也是交变电流。(√)(2)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，不一定在中性面位置。(×)π(3)表达式为e＝Esinωt的交变电流为正弦式交变电流，表达式为e＝Esinωt＋的mm2交变电流也是正弦式交变电流。(√)(4)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，峰值越大，则瞬时值也越大。(×)(5)交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函

4、数图像。(×)(6)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，感应电动势的图像、感应电流的图像形状是完全一致的。(√)2．合作探究——议一议(1)中性面是任意规定的吗？提示：不是。中性面是一个客观存在的平面，即与磁感线垂直的平面。(2)如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为零，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢？ΔΦ提示：根据法拉第电磁感应定律E＝n可知，感应电动势的大小不是与磁通量Φ直接Δt对应，而是与磁通量的变化率成正比。虽然线圈经过中性面时磁通量最大，但磁通量的变化率为

5、零，所以感应电动势为零；虽然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，所以感应电动势最大。(3)交流发电机输出的电流都可以表示为i＝Isinωt吗？m提示：不一定。如果线圈从中性面的垂面开始计时，则输出的电流表示为i＝Icosωt。m正弦交变电流的产生1．过程分析如图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO′转动时的截面图，ab和cd两个边切割磁感线，产生电动势，线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)。具体分析如图所示，当线圈转动到图甲位置时，导体不切割磁感线，

6、线圈中无电流；当线圈转动到图乙位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈在图丙位置同线圈在图甲位置；线圈在图丁位置时，电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图戊位置同在图甲位置。线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流。2．中性面、中性面的垂面位置的特点比较中性面远离靠近中性面的垂面中性面中性面线圈平面线圈平面线圈平面线圈平面位置与磁场与磁场与磁场与磁场垂直平行夹角变小夹角变大磁通量最大零变小变大磁通量零最大变大变小变化率感应电动势零最大变大变小线圈边缘线速度与磁

7、场090°变大变小方向夹角感应电流零最大变大变小电流方向改变不变不变不变3．正弦交变电流的产生条件(1)匀强磁场。(2)线圈匀速转动。(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。1.[多选]如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是()A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大C．当线圈平面转到

8、跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小解析：选AC当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，故选项A正确，B错误；当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，线圈中的感应电流最大，选项C正确，D错误。2．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，感应电流方向就改变