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目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,四,一、交变电流 1.恒定电流 强弱和方向不随时间变化的电流称为恒定电流,简称直流. 2.交变电流 强弱和方向随时间变化的电流称为交变电流,简称交流. 3.波形图 电流或电压随时间变化的图象.通常利用示波器来观察. 日常生活和生产中所用的交变电流是按正弦规律变化的交变电流.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,把两个发光时颜色不同的发光二极管并联,注意使两者正负极的方向不同,然后连接到教学用的发电机的两端(如图).转动手柄,两个磁极之间的线圈随着转动.观察发光二极管的发光情况.实验现象说明了什么? 答案：可以观察到两个发光二极管交替发光.该实验说明了发电机产生的电流的方向随时间变化,不是直流,是交变电流.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,二、正弦交变电流的产生 1.实验装置 (1)交流发电机的基本结构:线圈、磁极、滑环及电刷. (2)模型装置图(下图):,目标导航,预习导引,一,二,三,四,目标导航,预习导引,一,二,三,四,目标导航,预习导引,一,二,三,四,2.过程分析,目标导航,预习导引,一,二,三,四,根据法拉第电磁感应定律,线圈在磁场中转动时,穿过线圈的磁通量就发生变化,从而产生感应电流.用线圈和磁铁做成发电机,线圈中产生的感应电流怎么输出来呢? 答案：如下图所示,利用电刷将感应电流输出.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,三、用函数表达式描述交变电流 1.电动势的瞬时值:N匝、面积为S的线圈以角速度转动,从中性面开始计时,得出: e=Emsin t,其中Em=NBS,叫做电动势的峰值.,3.电压瞬时值:u=Umsin t . 4.按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流,简称正弦式电流.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,日常生活中照明电路用的是交变电流,交变电流的大小和方向是周期性变化的.我们为什么感觉白炽灯的明亮程度并没有变化? 答案：这主要是因为交变电流的大小和方向变化很快,白炽灯灯丝的温度基本不变,所以灯的亮度基本没有变化,再者人的眼睛有0.1 s的视觉暂留,也不能分辨其变化情况.,目标导航,预习导引,一,二,三,四,四、用图象描述交变电流 1.图象特点 正弦式交变电流的电动势e,电压u及电流i随时间按正弦规律变化. 2.线圈在匀强磁场中匀速转动一周的过程中,电动势e,电压u及电流i出现两次最大值.,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,三,四,一、交变电流的产生及方向 1.产生:如图,用矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流. (1)切割磁感线的有效边是图中的ab和cd;(2)线圈平面平行磁感线的位置,即通过线圈平面的磁通量为零的位置(图中位置),两个有效边的切割速度方向垂直磁感线,产生的感应电动势最大;(3)线圈平面垂直磁感线的位置,即通过线圈平面的磁通量最大的位置,两个有效边的切割速度方向平行磁感线,不切割磁感线,线圈中的感应电动势为零.,知识精要,一,二,三,四,2.方向:由线圈平面图(见下面)可以看到,当ab边向右、cd边向左运动时(线圈平面图),感应电流是沿着abcd方向流动的;当ab边向左、cd边向右运动时(线圈平面图),感应电流是沿着dcba方向流动的.这两种情况交替出现,线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,因此线圈转动一周,感应电流的方向改变两次.,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,【例1】 如图为演示交变电流产生的装置图,关于这个实验,正确的说法是( ) (导学号51130027) A.线圈每转动一周,指针左右摆动两次 B.图示位置为中性面,线圈中无感应电流 C.图示位置,ab边的感应电流方向由ab D.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,解析：线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生周期性变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右摆动一次,故A项错误;线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面,显然图示位置不是中性面,所以B项错误;线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则,ab边的感应电流方向由ab,故C项正确;线圈平面与磁场方向平行时,ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这样认为,线圈处于竖直位置时,磁通量为零,但磁通量变化率最大,故D项错误. 答案：C,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,如图所示,矩形线框在磁场内做的各种匀速运动中,能够产生交变电流的是( ) (导学号51130028),答案：B 解析：产生交变电流的条件是穿过线圈的磁通量发生周期性变化,选项B符合要求.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,四,二、中性面及中性面的垂面有何特点,线圈位于中性面时感应电流有什么变化 1.由法拉第电磁感应定律可知感应电动势的大小正比于磁通量变化率,而不是正比于磁通量.当线圈位于中性面时,尽管磁通量最大,但磁通量的变化率最小,故感应电动势最小;当线圈位于中性面的垂面时,尽管磁通量最小(为零),但其变化率最大,故该位置感应电动势最大. 2.线圈位于中性面时,感应电动势及感应电流为零.通过中性面时,电流的方向发生变化,线圈在一个周期内两次经过中性面,故电流在一个周期内方向改变两次.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,四,3.中性面及中性面的垂面比较,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,【例2】 (多选)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,下列说法正确的是( ) A.线圈平面与磁感线平行 B.通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改变 解析：由中性面的定义可知,线圈平面与磁感线垂直,所以A项错误.由于线圈平面与磁感线垂直,所以磁通量最大,B项正确.导线运动方向与磁感线平行,感应电动势为零,所以C项错误.在中性面前后,穿过线圈的磁通量的变化由增加到减少,所以感应电流的方向发生改变,所以D项正确. 答案：BD,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,(多选)关于中性面,下列说法正确的是( ) A.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为零 B.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量变化率最大 C.线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次 D.线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,答案：AC 解析：中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置,线圈经过该位置时,穿过线圈的磁通量最大,各边都不切割磁感线,不产生感应电动势,所以磁通量变化率为零,A项正确,B项错误;线圈每经过一次中性面,感应电流的方向改变一次,但线圈每转一周要经过中性面两次,所以每转一周,感应电流方向就改变两次,C项正确,D项错误.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,四,三、对e=Emsin t的理解 1.交变电流的瞬时表达式的形式与开始计时时线圈的初位置有关.若从中性面开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsin t;若从线圈平面与磁场方向平行的位置开始计时,则感应电动势瞬时值表达式为 2.最大值:Em=NBS,Em与转轴的所在位置及线圈形状无关. 3.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,产生的正弦式交变电流与轴的位置(不一定是对称轴)、线圈的形状无关.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,四,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,【例3】 如图,有一10匝正方形线框,边长为20 cm,线框总电阻为1 ,线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T.问: (导学号51130029) (1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流峰值分别是多少? (2)线框从图示位置转过60时,感应电动势的瞬时值是多大? (3)写出感应电动势随时间变化的表达式. 点拨：电动势的峰值可用Em=NBS计算,而计算电动势的瞬时值首先要确定计时起点,然后用e=Emsin t或e=Emcos t进行计算.,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,解析：(1)交变电流电动势峰值为 Em=NBS=100.50.2210 V=6.28 V, 电流的峰值为 (2)线框转过60时,感应电动势 E=Emsin 605.44 V. (3)由于线框转动是从中性面开始计时的,所以瞬时值表达式为e=Emsin t=6.28sin 10t(V). 答案：(1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V (3)e=6.28sin 10t V,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,(多选)一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动.在转动过程中,线框中的最大磁通量为m,最大感应电动势为Em.下列说法中正确的是 ( )(导学号51130030) A.当磁通量为零时,感应电动势也为零 B.当磁通量减少时,感应电动势在增大 C.当磁通量等于0.5m时,感应电动势等于0.5Em D.角速度等于 答案：BD,一,二,三,知识精要,四,典题例解,迁移应用,解析：(1)公式法.设从线框位于中性面开始计时,则线框中产生正弦式电流,即e=Emsin t.穿过线框的磁通量随时间按余弦规律变化,即=mcos t.,(2)图象法.-t图象如图所示,图象在某点的斜率表示感应电动势瞬时值.由图可知,A、C两项错,B项对.由Em=m知D项对.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,四,四、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,它是一条正弦曲线,如图所示,交变电流的e-t图象. 由图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t=0,t=t2时刻.,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,四,3.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时刻,此时刻也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻,如t=t1,t=t3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.,一,二,三,四,知识精要,典题例解,迁移应用,【例4】 图甲是交流发电机模型示意图.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动.由线圈引出的导线ae和df分别与两个和线圈一起绕OO转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示.已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈以恒定角速度逆时针转动.(只考虑单匝线圈) (导学号51130031),一,二,三,四,知识精要,典题例解,迁移应用,(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式. (2)线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时,如图丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式.,一,二,三,四,知识精要,典题例解,迁移应用,点拨：,解析：(1)矩形线圈abcd转动过程中,只有ab和cd切割磁感线, 设ab和cd的转动速度为v,则 在t时刻,导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E1=BL2v 由图可知v=vsin t 则整个线圈的感应电动势为e1=2E1=BL1L2sin t. (2)当线圈由题图丙位置开始运动时, 在t时刻整个线圈的感应电动势为e2=BL1L2sin(t+0). 答案：(1)e1=BL1L2sin t (2)e2=BL1L2sin(t+0),一,二,三,四,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,三,四,知识精要,典题例解,迁移应用,(多选)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交变电流的图象,当调整线圈转速后,所产生正弦交变电流的图象如图线b所示,以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的是( ) (导学号51130032) A.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.线圈先后两次转速之比为32 C.交变电流a的瞬时值表达式为u=10sin 5t(V),一,二,三,四,知识精要,典题例解,迁移应用,答案：BC,知识链接,案例探究,规律方法:平均电动势的求法 线圈在转动过程中,某一段时间内从一个位置转到另一个位置所产生的电动势,称为平均电动势.它不等于始、末两时刻瞬时值的平均值,必须用法拉第电磁感应定律计算,即 同理,计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量,也必须用平均值,即,知识链接,案例探究,如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.1 T,所用矩形线圈总电阻为R=100 .线圈的匝数n=100,边长lab=0.2 m,lbc=0.5 m,以角速度=100 rad/s绕OO轴匀速转动,试求当线圈平面从图示位置(与中性面垂直)转过90的过程中, (1)线圈中的平均电动势. (2)通过线圈某一截面的电荷量.,知识链接,案例探究,解析：(1)线圈平面从图示位置转过90的过程中,线圈内磁通量的变化量为 =Blablbc,答案：(1)200 V (2)110-2 C,
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