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第1课时交变电流,研究选考把握考情,知识点一交变电流,基 础 梳 理,1.交变电流:大小和方向随时间做_变化的电流,简称交流。 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_的直线。 (2)交变电流的图象随_做周期性变化,如正弦交变电流的图象:,周期性,方向,与时间轴平行,时间,如图所示的各电流中不是交变电流的是_。,即 学 即 练,解析由于交变电流的大小和方向随时间做周期性的变化,故B、C为交变电流的图象,A、D不是。 答案AD,知识点二交变电流的产生,1.正弦式交变电流的产生:将闭合矩形线圈置于_磁场中,并绕_方向的轴_转动。 2.中性面线圈平面与磁感线_时的位置。 (1)线圈处于中性面位置时,穿过线圈的 _ ,但线圈中的电流为_ 。 (2)线圈每次经过中性面时,线圈中感应电流方向都要改变。线圈转动一周,感应电流方向改变_次。,基 础 梳 理,匀强,垂直磁场,匀速,垂直,最大,零,两,要 点 精 讲,1.正弦式交变电流的产生过程分析 如图1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2所示,当线圈转动到图甲位置时,导体不切割磁感线,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。,图1,图2,2.交变电流产生过程中的两个特殊位置,【例1】 下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流(),解析由交变电流的产生条件可知,轴必须垂直于磁感线,但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求。故选项B、C、D正确。 答案BCD,知识点三交变电流的变化规律,1.正弦式交变电流瞬时值表达式: (1)当从中性面开始计时:e_。 (2)当从与中性面垂直的位置开始计时:e _ 。 2.正弦式交变电流的峰值表达式: Em _ 与线圈的形状及转动轴的位置_。(填“有关”或“无关”),基 础 梳 理,Emsin t,Emcos t,nBS,无关,要 点 精 讲,1.交变电动势的峰值和交变电流的峰值 交变电动势最大值,由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度及线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关,因此如图3所示的几种情况,若n、B、S、相同,则电动势的最大值相同。,图3,2.交变电流的瞬时值变化规律,【例2】 有一个正方形线圈的匝数为10 匝,边长为20 cm,线圈总电阻为1 ,线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动,如图4所示,匀强磁场的磁感应强度为0.5 T,问:,(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少? (2)若从中性面位置开始计时,写出感应电动势随时间变化的表达式; (3)线圈从中性面位置开始转过30时,感应电动势的瞬时值是多大?,图4,答案(1)6.28 V6.28 A(2)e6.28sin10 t(V) (3)3.14 V,名师点睛交变电流瞬时值表达式的书写技巧 (1)确定正弦交变电流的峰值,根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。 线圈从中性面位置开始转动,则it图象为正弦函数图象,函数式为iImsin t。 线圈从垂直中性面位置开始转动,则it图象为余弦函数图象,函数式为iImcos t。 (3)线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流,产生的交变电流与线圈的形状无关。如图5所示,若线圈的面积与例2中的图所示的线圈面积相同,则答案完全相同。,图5,知识点四正弦交变电流的图象,正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来,图象描述的是交变电流随时间变化的规律,它是一条_,如图6所示,分别是交变电流的_图象(如图甲)、 _图象(如图乙)、 _图象(如图丙)。,基 础 梳 理,正弦曲线,et,ut,it,甲,图6,要 点 精 讲,由图6甲可以确定出以下信息: (1)可以读出正弦交变电流的峰值Em。 (2)可根据线圈转至中性面时电动势为零的特点,确定线圈处于中性面的时刻,确定了该时刻,也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻,如tt2,tt4时刻。 (3)可根据线圈转至与磁场平行时感应电动势最大的特点,确定线圈与中性面垂直的位置,此位置也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻,如tt1,tt3时刻。 (4)可以确定某一时刻电动势大小以及某一时刻电动势的变化趋势,如tt1,tt2时刻。,【例3】 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变电流的波形如图7所示,可知(),图7 A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值 B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值 C.在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值 D.在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值,答案 BC,1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,在线圈平面经过中性面瞬间() A.线圈平面与磁感线平行 B.穿过线圈的磁通量最大 C.线圈中的感应电动势最大 D.线圈中感应电动势的方向突变 解析在线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这样的位置叫做中性面。线圈平面经过中性面瞬间,穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势为零,此后,感应电动势方向(即感应电流方向)将与原方向相反。所以选项B、D正确,A、C错误。 答案BD,2.关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交变电流,正确的说法是() A.线圈每转动一周,感应电流方向改变一次 B.线圈每转动一周,感应电动势方向改变一次 C.线圈每转动一周,感应电流方向改变两次,感应电动势方向改变一次 D.线圈每转动一周,感应电流方向和感应电动势方向都改变两次 解析感应电动势和感应电流的方向,每经过中性面时改变一次,每个周期内方向改变两次,故选项D正确。 答案D,3.交流发电机在工作时电动势为eEmsin t,若将发电机的角速度提高一倍,同时将线框所围面积减小一半,其他条件不变,则其电动势变为(),解析交变电流的瞬时值表达式eEmsin t,其中EmnBS,当加倍而S减半时,Em不变,故选项C正确。 答案C,4.一矩形线圈,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8所示。下列说法正确的是(),图8 A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大 D.每当e转换方向时,通过线圈的磁通量均最大,解析t1时刻e0,故线圈位于中性面,磁通量最大,选项A错误;t2时刻e最大,故线圈位于中性面之垂面,磁通量为0,选项B错误;t3时刻e0,故磁通量变化率为0,选项C错误;e转换方向时,线圈位于中性面,故磁通量均最大,选项D正确。 答案 D,
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