{高考必备]高二物理教科版选修3-2学案：2.1交变电流Word版含解析(经典).docxVIP

第1讲　交变电流[目标定位]　1.理解交变电流的概念，会观察交流电的波形图.2.理解正弦式交变电流的产生原理.3.知道交变电流的变化规律及表示方法．一、交变电流1．实验探究 (1)如图1所示，先将手摇发电机模型与小灯泡连接成闭合电路，匀速转动手柄，可以观察到小灯泡在闪烁，这说明电流的大小在变化．图1 (2)将小灯泡换成零刻度居中的电流表，启用电机原理说明器．缓慢、匀速转动手柄，可以看到电流表的指针在左右摆动，这说明电流的方向在变化．(3)用示波器观察电压的图形分别输入信号发生器产生的不同电压信号，观察示波器屏幕上显示的不同图形，呈现平行横轴直线形状的，说明输入电压的大小、方向不变；呈现周期性变化形状的，说明输入电压的大小、方向周期性变化．2．几种常见的电流形式(1)大小和方向都不随时间变化的电流，称为恒定电流．(2)大小和方向随时间作周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流电．(3)电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正弦交变电流，简称正弦交流电．二、正弦交流电的产生和表述1．如图2所示，线圈边长ab＝L1，bc＝L2，匀强磁场的磁感应强度为B，方向水平向右．线圈绕中心轴OO′以角速度ω沿逆时针方向转动时，ab和cd边都要切割磁感线产生电动势，且两边产生的感应电动势大小相等，回路abcd中总的感应电动势e＝2eab.如图3所示，经过时间t，ab边绕轴OO′转过的角度θ＝ωt，v与磁场方向垂直的分量v1＝vsinθ＝vsinωt，则eab＝BL1vsin_ωt.图2图3而v＝ω·由此可得e＝2eab＝BL1L2ωsin_ωt.考虑到发电机实际线圈的匝数为N，并令Em＝NBSω，则e＝Emsin_ωt.(式中Em是电动势的最大值)2．如果把线圈与外电路相连，组成闭合回路，其电流i随时间t变化的关系是i＝Imsin_ωt，外电路电压u随时间t变化的关系是u＝Umsin_ωt.3．交流发电机原理：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电．想一想　正弦式交变电流的图像一定是正弦曲线吗？答案　不一定，根据计时起点不同，也可能是余弦函数曲线．一、正弦交变电流的产生和表述1．两个特殊位置(1)中性面(S⊥B位置)线圈平面与磁场垂直的位置，此时，Φ最大，为0，e为0，i为0.线圈每经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．(2)垂直中性面位置(S∥B位置)此时，Φ为0，为最大，e最大，i最大．2．正弦式交流电的峰值Em＝NBSω3．正弦式交流电的瞬时值表达式e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt例1　矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　)A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零答案　CD解析　线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻变化．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说明此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C、D选项正确．针对训练　如图4所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内(　)图4A．线圈中的感应电流一直在减小B．线圈中的感应电流先增大后减小C．穿过线圈的磁通量一直在减小D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小答案　AD解析　在图示这个位置上，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为＝，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大．二、对峰值Em＝NBSω和瞬时值e＝Emsinωt的理解1．对峰值的理解(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em＝NBSω.(2)决定因素：由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与轴的位置无关．如图5所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均为Em＝NBSω.图52．对瞬时值表达式的理解写瞬时值表达式时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直的位置计时．(1)从中性面计时，e＝Emsinωt(2)从与中性面垂直位置计时，e＝Emcosωt例2　如图6所示，匀强磁场B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长ab