2019-2020年高一物理 5.1 交变电流学案
学习目标：
1.使学生理解和掌握线框在磁场中的不同位置时，感应电动势的大小和方向的变化。
2.掌握交变电流的变化规律，会用e =E m sin ωt ,解题。
3.自己能分析交变电流Φ-t 图与E-t 图间的关系。 【要点导学】
一、交流电：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做__________，方向不随时间变化的电流称为______，大小和方向都不随时间变化的电流称为__________．
二、交变电流的产生：
1．过程分析
2．中性面：_______________________________
甲 戊 丁 丙
乙
磁通量___________
磁通量的变化率____________ 感应电动势e ＝________，_______感应电流
感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次
【例1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e 随时间t 的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）
A ．t 1时刻通过线圈的磁通量为零
B ．t 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C ．t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D ．每当e 转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 【例2】．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图6所示，则下列说法中，正确的是( )
图6
A ．t ＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B ．t ＝0.01 s 时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大
C ．t ＝0.02 s 时刻，线圈中有最大感应电动势
D ．t ＝0.03 s 时刻，线圈中有最大感应电流 3、交变电流的变化规律：
如图所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：
当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=E m sin ωt ，其中E m =2NBLv=NB ωS ；i=I m sin ωt ，其中I m =E m /R 。
当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=E m sin ωt ，其中E m =2NBLv=NB ωS ；i=I m sin ωt ，其中I m =E m /R 。
图5－1－2所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的e －t 和i-t 图象：
特点
【例3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B =2 T ，匝数n =6的矩形线圈abcd 绕中心轴OO ′匀速转动，角速度ω=200 rad/s 。已知ab =0.1 m ，bc =0.2 m ，线圈的总电阻R=40Ω，试求：
（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；
（2）设时间t =0时线圈平面与垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（3）画出感应电流的瞬时值i 随ωt 变化的图象；
（4）当ωt =30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？
（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？
三、交变电流 1.定子和转子
2.旋转电枢式发电机
3.旋转磁极式发电机
【随堂练习】
1．两电路中的电流分别为图a 和图b 所示，试判断a 、b 是否为交变电流？
2．正弦交变电动势的最大值出现在（ ）
A ．线圈经过中性面时
B ．穿过线圈的磁通量为零时
C ．穿过线圈的磁通量变化最快时
D ．线圈边框的速度与磁感线垂直时 3．如图所示的100匝矩形线框绕OO ′轴匀速转动，转速为120r/min 。ab=cd=0.2m ，ad=bc=0.1m ，磁感应强度B ＝1T ，试求：
（1）线圈中产生的感应电动势的最大值是多少？ （2）感应电动势的瞬时表达式；
（3）线圈与外电路组成闭合电路时，总电阻为100Ω，从图示位置计时，求电流的瞬时表达式及t=1/12s 时的电流。
（4）从图示位置转过90°和180
O ′ O
c d b
a B
【课后作业】
1、图5-1-4所示各的电流中不是交流电的是：（AD）
2、如图5-1-5所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图所示位置时，（ C ）
A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小
B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大
C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大
D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小
3、交流发电机在工作时的电动势为e＝E m sin t，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为（ D ）
A.E m sin t/2
B.2E m sin t/2
C.E m sin2t
D.2E m sin2t
4、如图5-1-6所示，若线框abcd不闭合，当磁铁转动时，下列说法中正确的是（ C ）
A.线框中产生感应电动势，可跟随磁铁转动
B线框中不产生感应电动势，可跟随磁铁转动
C.线框中产生感应电动势，不跟随磁铁转动
D.线框中不产生感应电动势，不跟随磁铁转动
5、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt，从t ＝0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ C）
A.1/50 s
B.1/100 s
C.1/200 s D1/400 s
6、矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO 以角速度ω匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图5-1-7示位置时（ AD）
A.线圈中的电动势为0
B.线圈中的电动势为
C.穿过线圈的磁通量为0
D.线圈不受安培力作用
7、线圈在磁场中转动时产生的交变电流如图5-1-8所示，从图中可知：（ B ）
A.在A和C时刻线圈平面与磁场垂直
B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量最大
C.在A和C时刻，感应电流改变方向
D.若从O时刻到D时刻的时间为0.02s，则在1s内交变电流的方向改变50次
8、一矩形线圈，绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′按顺时针方向旋转.引出线的两端与互相绝缘的半圆铜环连接，两个半圆环分别与固定电刷A.B滑动接触，电刷间接有电阻，如图5-1-9所示，在线圈转动过程中，通过电阻的电流：（ C ）
A.大小和方向都不断变化
B.大小和方向都不变
C.大小不断变化，方向A→R→B
D.大小不断变化，方向从B→R→A
9、一个交变电流发电机产生的电动势为e=200sin100πtV，如果把线圈和一个阻值为100Ω的电阻组成闭合回路，线圈的电阻可略去不计，那么，流过电阻的电流瞬时表达式为i= A，电阻两端电压瞬时表达式u= V。
2sin100πt 200sin100πt
2019-2020年高一物理 5.1 交变电流教案
多媒体课件打出上图.