《2020_2021学年新教材高中物理第3章交变电流与远距离输电2交变电流的产生课件鲁科版选择性必修第二册202106262121.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020_2021学年新教材高中物理第3章交变电流与远距离输电2交变电流的产生课件鲁科版选择性必修第二册202106262121.ppt（69页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第2节交变电流的产生一、交流发电机一、交流发电机1.1.原理：由法拉第电磁感应定律知，只要穿过闭合回路的原理：由法拉第电磁感应定律知，只要穿过闭合回路的_发生变化，发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流。就可以产生感应电动势和感应电流。2.2.构造：主要由线圈构造：主要由线圈( (电枢电枢) )和和_两部分组成。两部分组成。3.3.分类：分类：(1)(1)旋转旋转_式发电机：磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转。式发电机：磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转。(2)(2)旋转旋转_式发电机：电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转。式发电机：电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转。4.4.转子与定子：转子与定子：
2、_的部分叫转子，的部分叫转子，_不动的部分叫定子。不动的部分叫定子。必备知识必备知识素养奠基素养奠基磁通量磁通量磁极磁极电枢电枢磁极磁极转动转动固定固定二、正弦式交变电流的产生原理二、正弦式交变电流的产生原理1.1.产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴_转动。转动。2.2.过程分析：过程分析：匀速匀速3.3.中性面：线圈平面与磁感线中性面：线圈平面与磁感线_的位置。的位置。4.4.周期性：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变周期性：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变_；线圈每转；线圈每转动动1 1周，感应电流的方向改
3、变周，感应电流的方向改变_。线圈转动所产生的感应电动势和感应电流。线圈转动所产生的感应电动势和感应电流都随时间做都随时间做_变化。变化。垂直垂直一次一次两次两次周期性周期性三、正弦式交变电流的变化规律三、正弦式交变电流的变化规律1.1.感应电动势的瞬时值：感应电动势的瞬时值：e=_e=_。2.2.感应电流的瞬时值：感应电流的瞬时值：i=_i=_。3.3.电压的瞬时值：电压的瞬时值：u=_u=_。4.4.图像描述如图所示图像描述如图所示( (交流发电机输出的电压波形交流发电机输出的电压波形) )E Em msintsintI Im msintsintU Um msintsint5.5.关于正弦式
4、交变电流的说法正确的是关于正弦式交变电流的说法正确的是_线圈只要在匀强磁场匀速转动就能产生正弦式交变电流。线圈只要在匀强磁场匀速转动就能产生正弦式交变电流。线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也最大。线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也最大。当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。关键能力关键能力素养形成素养形成一交变电流的产生过程一交变电流的产生过程1.1.中性面：中性面：(1)(1)中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。(2)(2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的线圈处于中性面位置时，穿
5、过线圈的最大，但最大，但 =0=0，e=0e=0，i=0i=0。(3)(3)线圈越过中性面，线圈中线圈越过中性面，线圈中I I感感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。两次。t2.2.两个特殊位置的对比分析：两个特殊位置的对比分析：名称名称中性面中性面中性面的垂面中性面的垂面位置位置线圈平面与磁场垂线圈平面与磁场垂直直线圈平面与磁场平线圈平面与磁场平行行磁通量磁通量最大最大零零磁通量的磁通量的变化率变化率零零最大最大感应电动感应电动势势零零最大最大电流方向电流方向改变改变不变不变【思考思考讨论讨论】假定线圈绕假定线圈绕OOOO轴沿逆时针方向匀速转
6、动，如图甲至丁所示。请分析判断：轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示。请分析判断：(1)(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况。线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况。(2)(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？位置？提示：提示：(1)(1)(2)(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面。电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性
7、面。转动过程转动过程电流方向电流方向甲甲乙乙BADCBADC乙乙丙丙BADCBADC丙丙丁丁ABCDABCD丁丁甲甲ABCDABCD【典例示范典例示范】一闭合矩形线圈一闭合矩形线圈abcdabcd绕垂直于磁感线的固定轴绕垂直于磁感线的固定轴OOOO匀速转动，线圈平面位于如匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间随时间t t的变化规律如图乙所示，的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.tA.t1 1、t t3 3时刻通过线圈的磁通量变化率最大时刻通过线圈的磁通量变化率最大B.tB.t1 1、t t3
8、3时刻线圈中感应电流方向改变时刻线圈中感应电流方向改变C.tC.t2 2、t t4 4时刻线圈中磁通量最大时刻线圈中磁通量最大D.tD.t2 2、t t4 4时刻线圈中感应电动势最小时刻线圈中感应电动势最小【解析解析】选选B B。从题图乙可以看出，。从题图乙可以看出，t t1 1、t t3 3时刻通过线圈的磁通量最大，线圈经时刻通过线圈的磁通量最大，线圈经过中性面位置时线圈中感应电流方向改变，过中性面位置时线圈中感应电流方向改变，A A错误，错误，B B正确；正确；t t2 2、t t4 4时刻通过线时刻通过线圈的磁通量为零，线圈处于与中性面垂直的位置，此时感应电动势和感应电流圈的磁通量为零，
9、线圈处于与中性面垂直的位置，此时感应电动势和感应电流均为最大，故均为最大，故C C、D D均错误。均错误。【素养训练素养训练】1.(1.(多选多选) )图示线圈中能产生交变电流的是图示线圈中能产生交变电流的是( () )【解析解析】选选B B、C C、D D。由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但。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。则对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求。则B B、C C、D D正确，正确，A A错误。错误。2.2.如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，在水平向右的匀强磁场中，
10、一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t t1 1、t t2 2时刻线框分别时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是( () )A.tA.t1 1时刻穿过线框的磁通量最大时刻穿过线框的磁通量最大B.tB.t1 1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左时刻电阻中的电流最大，方向从右向左C.tC.t2 2时刻穿过线框的磁通量变化最快时刻穿过线框的磁通量变化最快D.tD.t2 2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左时刻电阻中的电流最大，方向从右向左【解析解析】
11、选选B B。t t1 1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A A错误，错误，B B正确；正确；t t2 2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，的电流为零，C C、D D错误。错误。【补偿训练补偿训练】1.1.当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面
12、重合时，下列说法中正确的是( () )A.A.电流将改变方向电流将改变方向B.B.磁场方向和线圈平面平行磁场方向和线圈平面平行C.C.线圈的磁通量最小线圈的磁通量最小D.D.线圈产生的感应电动势最大线圈产生的感应电动势最大【解析解析】选选A A。当线圈平面与中性面重合时，磁场方向和线圈平面垂直，。当线圈平面与中性面重合时，磁场方向和线圈平面垂直，B B错；磁错；磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，电流将改变方向，通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，电流将改变方向，A A对，对，C C、D D错。错。2.(2.(多选多选) )矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转
13、动时产生了交矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是变电流，下列说法正确的是( () )A.A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.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.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.D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零【解析解析】选选C C、D D。线框位于中性面时，线框平面与
14、磁感线垂直，穿过线框的磁。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，但此时线框各边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应通量最大，但此时线框各边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，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，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垂直切割磁感线，有效切割速度最大，所以感应电动势但切割磁感线的两边都垂直切割磁感线，有效切割速
15、度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大。最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大。二交变电流的变化规律二交变电流的变化规律1.1.峰值表达式：峰值表达式：E Em m=nBS=nBS，I Im m= = ，U Um m=I=Im mR= R= 。EmnBSRrRrnBS RRr2.2.峰值决定因素：峰值决定因素：由线圈匝数由线圈匝数n n、磁感应强度、磁感应强度B B、转动角速度、转动角速度和线圈面积和线圈面积S S决定，与线圈的形状决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。无关，与转轴的位置无关。如图所示的几种情况中，如果如图所示的几种情况中，如果n n、
16、B B、S S均相同，则感应电动势的峰值均为均相同，则感应电动势的峰值均为E Em m=nBS=nBS。3.3.正弦式交变电流的瞬时值表达式：正弦式交变电流的瞬时值表达式：(1)(1)从中性面位置开始计时：从中性面位置开始计时：e=Ee=Em msintsint，i=Ii=Im msintsint，u=Uu=Um msintsint。(2)(2)从与中性面垂直的位置开始计时：从与中性面垂直的位置开始计时：e=Ee=Em mcostcost，i=Ii=Im mcostcost，u=Uu=Um mcostcost。 【典例示范典例示范】如图所示，一边长为如图所示，一边长为l l的正方形线圈的正方形
17、线圈abcdabcd绕对称轴绕对称轴OOOO在匀强磁场中转动，转速为在匀强磁场中转动，转速为n=120 r/minn=120 r/min，若已知边，若已知边长长l=20 cml=20 cm，匝数，匝数N=20N=20匝，磁感应强度匝，磁感应强度B=0.2 TB=0.2 T，求：，求：(1)(1)转动中的最大电动势及其位置。转动中的最大电动势及其位置。(2)(2)从中性面开始计时的电动势瞬时值表达式。从中性面开始计时的电动势瞬时值表达式。(3)(3)从图示位置转过从图示位置转过9090过程中的平均电动势。过程中的平均电动势。【解析解析】(1)(1)当线圈平面转到与磁场平行时，当线圈平面转到与磁场
18、平行时，abab、cdcd两边均垂直切割磁感线，两边均垂直切割磁感线，这时线圈中产生的感应电动势最大，这时线圈中产生的感应电动势最大，n=120 r/min=2 r/sn=120 r/min=2 r/s，E Em m=NBS=20=NBS=200.20.20.20.22 2222 V2.0 V2 V2.0 V。(2)(2)电动势瞬时值表达式为电动势瞬时值表达式为e=Ee=Em msint=2sin4t (V)sint=2sin4t (V)。(3)(3) 20200.20.20.20.22 22 22 V=1.28 V2 V=1.28 V答案：答案：(1)2.0 V(1)2.0 V线圈平面与磁场
19、平行线圈平面与磁场平行(2)e=2sin 4t (V)(2)e=2sin 4t (V)(3)1.28 V(3)1.28 VBS022ENNNBS12t4【规律方法规律方法】确定交变电流电动势的瞬时表达式的方法确定交变电流电动势的瞬时表达式的方法(1)(1)用用E Em m=NBS=NBS确定峰值。确定峰值。(2)(2)确定角速度确定角速度。若题中已知转速为。若题中已知转速为n r/sn r/s，则，则=2n=2n。(3)(3)确定计时起点位置，从而确定是选确定计时起点位置，从而确定是选e=Ee=Em msintsint，还是选，还是选e=Ee=Em mcostcost。【素养训练素养训练】交流
20、发电机在工作时电动势为交流发电机在工作时电动势为e=Ee=Em msintsint，若将发电机的角速度提高一倍，同，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( () )A.e=EA.e=Em msin sin B.e=2EB.e=2Em msin sin C.e=EC.e=Em msin2tsin2tD.e= sin2tD.e= sin2t【解析解析】选选C C。交变电流的瞬时值表达式。交变电流的瞬时值表达式e=Ee=Em msintsint，其中，其中E Em m=NBS=NBS，当，当加倍加倍
21、而而S S减半时，减半时，E Em m不变，故不变，故C C正确，正确，A A、B B、D D错误。错误。t2t2mE2【补偿训练补偿训练】1.(1.(多选多选) )如图所示，如图所示，(a)(b)(c)(d)(e)(a)(b)(c)(d)(e)过程是交流发电机发电的示意过程是交流发电机发电的示意图，线圈的图，线圈的abab边连在金属滑环边连在金属滑环K K上，上，cdcd边连在金属滑环边连在金属滑环L L上，用导体制成的两个上，用导体制成的两个电刷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连电刷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连接。下列说法正
22、确的是接。下列说法正确的是 ( () )A.A.图图(a)(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大B.B.从图从图(b)(b)开始计时，线圈中电流开始计时，线圈中电流i i随时间随时间t t变化的关系是变化的关系是i=Ii=Im mcostcostC.C.当线圈转到图当线圈转到图(c)(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变D.D.当线圈转到图当线圈转到图(d)(d)位置时，感应电动势最大，位置时，感应电动势最大，abab边感应电流方向为边感应电流方向为abab【解析解析】选选B B、C C。图。图
23、(a)(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小，为零，故选项变化率最小，为零，故选项A A错误；从图错误；从图(b)(b)开始计时，线圈产生的感应电动势开始计时，线圈产生的感应电动势最大，形成的感应电流最大，线圈中电流最大，形成的感应电流最大，线圈中电流i i随时间随时间t t变化的关系是变化的关系是i=Ii=Im mcostcost，故选项故选项B B正确；当线圈转到图正确；当线圈转到图(c)(c)位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，且感应电流方向改变，故选项最小，且感应电流
24、方向改变，故选项C C正确；当线圈转到图正确；当线圈转到图(d)(d)位置时，感应电位置时，感应电动势最大，可知动势最大，可知abab边感应电流方向为边感应电流方向为baba，故选项，故选项D D错误。错误。2.2.图甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为图甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B B的匀强磁场中，有一矩形的匀强磁场中，有一矩形线圈线圈abcdabcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OOOO转动，由线圈引出的导线转动，由线圈引出的导线aeae和和dfdf分别与两个跟线圈一起绕分别与两个跟线圈一起绕OOOO转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两转
25、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 R形成闭合电路。图乙是线圈的主视图，导线形成闭合电路。图乙是线圈的主视图，导线abab和和cdcd分别用它们的横截面来表分别用它们的横截面来表示。已知示。已知abab长度为长度为L L1 1，bcbc长度为长度为L L2 2，线圈以恒定角速度，线圈以恒定角速度逆时针转动。逆时针转动。( (只考虑只考虑单匝线圈单匝线圈) )(1)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t t
26、时刻整个线圈中的感应电动时刻整个线圈中的感应电动势势e e1 1的表达式。的表达式。(2)(2)线圈平面处于与中性面成线圈平面处于与中性面成0 0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t t时时刻整个线圈中的感应电动势刻整个线圈中的感应电动势e e2 2的表达式。的表达式。(3)(3)若线圈电阻为若线圈电阻为r r，求线圈每转动一周电阻，求线圈每转动一周电阻R R上产生的焦耳热。上产生的焦耳热。( (其他电阻均不其他电阻均不计计) )【解析解析】(1)t(1)t时刻线圈平面与中性面的夹角为时刻线圈平面与中性面的夹角为tt，设，设abab距距OOOO轴为轴为
27、r r1 1，cdcd距距OOOO轴为轴为r r2 2 ，则有：则有：e eabab=BL=BL1 1rr1 1sintsinte ecdcd=BL=BL1 1rr2 2sintsint线圈中的感应电动势为线圈中的感应电动势为e e1 1=e=eabab+e+ecdcd=BL=BL1 1L L2 2sintsint (2)t(2)t时刻线圈平面与中性面的夹角为时刻线圈平面与中性面的夹角为t+t+0 0，则由式知线圈中的感应电动势，则由式知线圈中的感应电动势为为e e2 2=BL=BL1 1L L2 2sin(t+sin(t+0 0) )(3)(3)通过线圈电流的有效值为通过线圈电流的有效值为
28、线圈转动的周期为线圈转动的周期为T= T= 所以线圈每转动一周电阻所以线圈每转动一周电阻R R上产生的焦耳热为上产生的焦耳热为Q=IQ=I2 2RT= RT= 答案：答案：(1)e(1)e1 1=BL=BL1 1L L2 2sintsint(2)e(2)e2 2=BL=BL1 1L L2 2sin(t+sin(t+0 0) )(3) (3) mm12IUBL LI22 Rr2 Rr（）2222122B L LRRr 222122B L LRRr 三交变电流的应用三交变电流的应用考查角度考查角度1 1 交变电流的图像及应用交变电流的图像及应用1.1.正弦式交变电流的图像正弦式交变电流的图像( (
29、从中性面开始计时从中性面开始计时) )：函数函数图像图像磁磁 通通 量量=m mcostcost=BScost=BScost 电电 动动 势势e=Ee=Em msinsint t=nBS=nBSsinsint t 电压电压u=Uu=Um msint= sintsint= sint 电流电流i=Ii=Im msinsint=t= sinsint t mRERrmERr2.2.交变电流图像的应用：交变电流图像的应用：(1)(1)根据图像可直接得到正弦式交变电流的最大值和周期，瞬时值，还可以求出频率、根据图像可直接得到正弦式交变电流的最大值和周期，瞬时值，还可以求出频率、有效值和角速度等。有效值和角
30、速度等。(2)(2)根据线圈位于中性面时感应电动势、感应电流为零，可确定线圈位于中性面的时根据线圈位于中性面时感应电动势、感应电流为零，可确定线圈位于中性面的时刻，亦为穿过线圈的磁通量最大的时刻和磁通量变化率为零的时刻。刻，亦为穿过线圈的磁通量最大的时刻和磁通量变化率为零的时刻。(3)(3)根据线圈平面与中性面垂直时感应电动势、感应电流最大，可确定线圈与中性面根据线圈平面与中性面垂直时感应电动势、感应电流最大，可确定线圈与中性面垂直的时刻，亦为穿过线圈的磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻。垂直的时刻，亦为穿过线圈的磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻。(4)(4)判断线圈中磁通量的变
31、化情况。判断线圈中磁通量的变化情况。(5)(5)分析判断电动势分析判断电动势e e、电流、电流i i、电压、电压u u随时间的变化规律。随时间的变化规律。【典例示范典例示范1 1】线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，由图像可知由图像可知( () )A.A.在在A A、C C时刻线圈处于中性面位置时刻线圈处于中性面位置B.B.在在B B、D D时刻穿过线圈的磁通量为时刻穿过线圈的磁通量为0 0C.C.从从A A时刻到时刻到D D时刻线圈转过的角度为时刻线圈转过的角度为D.D.若从若从0 0时刻到时刻到D D时刻历时时刻历时0
32、.02 s0.02 s，则在，则在1 s1 s内交变电流的方向改变内交变电流的方向改变100100次次【解析解析】选选D D。A A、C C时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，B B、D D时刻感时刻感应电流为应电流为0 0，线圈在中性面位置，此时磁通量最大。从，线圈在中性面位置，此时磁通量最大。从A A时刻到时刻到D D时刻线圈转过时刻线圈转过的角度为的角度为 。若从。若从0 0时刻到时刻到D D时刻历时时刻历时0.02 s0.02 s，则，则T=0.02 sT=0.02 s，则在，则在1 s1 s内交变电内交变电流的方向改变流的方向改变 2=10
33、0(2=100(次次) )。则。则D D正确，正确，A A、B B、C C错误。错误。3210.02考查角度考查角度2 2 交变电流的交变电流的“四值四值”【典例示范典例示范2 2】如图所示，边长为如图所示，边长为L L的正方形线圈的正方形线圈abcdabcd的匝数为的匝数为n n，线圈电阻为，线圈电阻为r r，线圈平面与磁场方向垂直，外电路的电阻为线圈平面与磁场方向垂直，外电路的电阻为R R，abab的中点和的中点和cdcd的中点的连线的中点的连线OOOO恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B B，现在线圈以，现在线圈以OOOO为轴，以为轴，以角速度角
34、速度匀速转动，以图示位置开始计时，求：匀速转动，以图示位置开始计时，求：(1)(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式；闭合电路中电流瞬时值的表达式；(2)(2)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过9090的过程中电阻的过程中电阻R R上产生的热量；上产生的热量；(3)(3)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过9090的过程中电阻的过程中电阻R R上通过的电荷量；上通过的电荷量；(4)(4)电阻电阻R R上的最大电压。上的最大电压。【解析解析】(1)(1)依题意，依题意，E Em m= = ，I Im m= = ，i=Ii=Im msinsint t所以所以i=i= sinsint t。(2)(2)
35、依题意，依题意，Q=IQ=I2 2R R ，I=I= ，T=T= 所以所以Q=Q= 。2nBL2mERr2nBL2 RrT4mI222242Rn B L16Rr（ ）(3)q=(3)q= t t， ， 所以所以q=nq=n ，= = -0-0，解得，解得q=q= 。(4)U(4)Um m=I=Im mR R，解得，解得U Um m= = 。答案答案：(1)i=(1)i= sinsint t(2)(2) (3)(3) (4)(4) IEIRrEntRr2BL22nBL2 Rr2nBLR2(Rr)2nBL2(Rr)2242Rn B L16(Rr)2nBL2(Rr)2nBLR2(Rr)【素养训练素养
36、训练】1.(1.(多选多选) )如图所示，交流发电机的矩形线圈边长如图所示，交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4 mab=cd=0.4 m，ad=bc=0.2 mad=bc=0.2 m，线圈匝数线圈匝数N=100N=100，电阻，电阻r=1 r=1 ，线圈在磁感应强度，线圈在磁感应强度B=0.2 TB=0.2 T的匀强磁场中绕垂直的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以于磁场的轴以=100 rad/s=100 rad/s的角速度匀速转动，外接电阻的角速度匀速转动，外接电阻R=9 R=9 ，以线圈平，以线圈平面垂直于中性面时刻开始计时，则面垂直于中性面时刻开始计时，则( () )A.A.电动势瞬时值
37、电动势瞬时值e=160sin10t Ve=160sin10t VB.t=0B.t=0时线圈中磁通量变化率最大时线圈中磁通量变化率最大C.t= sC.t= s时线圈中感应电动势最大时线圈中感应电动势最大D.D.交变电流的有效值是交变电流的有效值是8 A8 A122【解析解析】选选B B、C C、D D。S=abS=abbc=0.08 mbc=0.08 m2 2，根据，根据E Em m=NBS=NBS得得E Em m=160 V=160 V，因从中，因从中性面的垂面开始计时，故性面的垂面开始计时，故e=160cos100t Ve=160cos100t V，选项，选项A A错误；错误；t=0t=0时
38、线圈中磁通时线圈中磁通量变化率最大，选项量变化率最大，选项B B正确；正确；t= st= s时时e=160 Ve=160 V为最大值，选项为最大值，选项C C正确；交变电正确；交变电流的有效值流的有效值I= I= ，解得，解得I=8 AI=8 A，选项，选项D D正确。正确。122mE2(Rr)2.2.小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度角速度绕垂直于磁场的固定轴转动，线圈匝数绕垂直于磁场的固定轴转动，线圈匝数n=100n=100，穿过每匝线圈的磁通量，穿过每匝线圈的磁通量随时间随时间t t按正弦规按正弦规律变化，如图所示。发电机内阻律变化
39、，如图所示。发电机内阻r=5.0 r=5.0 ，外电路，外电路电阻电阻R=95 R=95 ，求：，求：(1)(1)一个周期内线圈发热产生的热量。一个周期内线圈发热产生的热量。(2)(2)线圈从中性面起转动半周的过程中，流过线圈从中性面起转动半周的过程中，流过R R的电量。的电量。【解析解析】(1)(1)根据题意得根据题意得E Em m=nBS=n=nBS=nm mI Im m= = I= I= ，解得电流有效值，解得电流有效值I= AI= A线圈产生的热量线圈产生的热量Q=IQ=I2 2rt=( )rt=( )2 25 5221010-2-2 J=0.157 J J=0.157 JmERrmI
40、22222(2)(2)从中性面开始半个周期内，平均感应电动势从中性面开始半个周期内，平均感应电动势 平均电流平均电流= = 电荷量电荷量q=q=tt即即q= q= 代入数据解得代入数据解得q=2q=21010-2-2 C C答案：答案：(1)0.157 J(1)0.157 J(2)2(2)21010-2-2 C CnEtERrm2nnRrRr【补偿训练补偿训练】 1.1.小型手摇发电机线圈共小型手摇发电机线圈共N N匝，每匝可简化为矩形线圈匝，每匝可简化为矩形线圈abcdabcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OOOO，线圈绕线圈绕
41、OOOO匀速转动，如图所示。矩形线圈匀速转动，如图所示。矩形线圈abab边和边和cdcd边产生边产生的感应电动势的最大值都为的感应电动势的最大值都为e e0 0，不计线圈电阻，则发电机输，不计线圈电阻，则发电机输出电压出电压( () )A.A.峰值是峰值是e e0 0B.B.峰值是峰值是2e2e0 0C.C.有效值是有效值是 NeNe0 0D.D.有效值是有效值是 NeNe0 0222【解析解析】选选D D。由题意可知，线圈。由题意可知，线圈abab边和边和cdcd边产生的感应电动势的最大值都为边产生的感应电动势的最大值都为e e0 0，因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为，因此对单匝矩形线圈总
42、电动势最大值为2e2e0 0，又因为发电机线圈共，又因为发电机线圈共N N匝，所匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne2Ne0 0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为2Ne2Ne0 0，故，故A A、B B错错误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可知，正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可
43、知，U= U= ，即，即U= NeU= Ne0 0，故，故C C错错误、误、D D正确。正确。mU222.2.如图所示，线圈的面积是如图所示，线圈的面积是0.05 m0.05 m2 2，共有，共有100100匝；匝；线圈电阻为线圈电阻为1 1 ，外接电阻，外接电阻R=9 R=9 ，匀强磁场的，匀强磁场的磁感应强度为磁感应强度为B= TB= T，当线圈以，当线圈以50 r/s50 r/s的转速匀的转速匀速旋转时，求速旋转时，求(1)(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)(2)线圈转过线圈转过 s
44、 s，感应电动势的瞬时值是多少？，感应电动势的瞬时值是多少？(3)(3)电路中电压表和电流表的示数各是多少？电路中电压表和电流表的示数各是多少？(4)(4)线圈每转过一周，外力所做的功。线圈每转过一周，外力所做的功。(5)(5)从计时开始，线圈转过从计时开始，线圈转过 的过程中，通过外电阻的电量为多少？的过程中，通过外电阻的电量为多少？11603【解析解析】(1)(1)角速度：角速度：=2n=2=2n=250 rad/s=100 rad/s50 rad/s=100 rad/s；电动势的最大值为电动势的最大值为E Em m=nBS=100=nBS=100 0.050.05100 V=500 V1
45、00 V=500 V从中性面开始计时瞬时值表达式为从中性面开始计时瞬时值表达式为e=Ee=Em m sint(V)=500sin100t(V) sint(V)=500sin100t(V)(2)(2)当当 s s时，电动势的瞬时值时，电动势的瞬时值e=500sin V=-250 Ve=500sin V=-250 V11601(100)603(3)(3)电动势的有效值为：电动势的有效值为：E= E= 电流表示数：电流表示数：I= I= 电压表示数：电压表示数：U=IR=25 U=IR=25 9 V=225 V9 V=225 V(4)(4)外力做的功等于产生的热量外力做的功等于产生的热量Q=IQ=I
46、2 2(R+r)t=(25(R+r)t=(25 ) )2 2(9+1)(9+1)0.02 J=250 J0.02 J=250 JmE500V250 2V22E250 2 A25 2Rr9 1222(5)(5)根据根据q=Iq=It=nt=n 从计时开始，线圈转过从计时开始，线圈转过 的过程中，的过程中，q= q= 答案：答案：(1)e=500sin100t(V)(1)e=500sin100t(V)(2)-250 V(2)-250 V(3)225 V(3)225 V25 A25 A(4)250 J(4)250 J(5) C(5) CRr3111000.0512CC9 1 432214【拓展例题拓
47、展例题】考查内容：交变电流有效值及瞬时值的计算考查内容：交变电流有效值及瞬时值的计算【典例典例】如图所示，矩形线框匝数如图所示，矩形线框匝数n=250n=250匝，匝，ab=12 cmab=12 cm，ad=10 cmad=10 cm，线框置于，线框置于B= TB= T的匀强磁场中绕垂直于磁场的匀强磁场中绕垂直于磁场的的OOOO轴以轴以120 r/min120 r/min的转速匀速转动。线框通过滑环与的转速匀速转动。线框通过滑环与外电路相连，线框内电阻不计，外电路接有外电路相连，线框内电阻不计，外电路接有R=12 R=12 的电的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为阻及一只发光电压和熄灭电压都为1
48、2 V12 V的氖泡的氖泡L L。求：。求：(1)(1)当当K K接接e e时，电流表读数为多少？时，电流表读数为多少？R R的热功率为多大？的热功率为多大？10 min10 min内外力对线框做内外力对线框做的功为多少？的功为多少？(2)(2)当当K K接接f f时，氖泡的闪光频率为多大？通电时，氖泡的闪光频率为多大？通电10 min10 min，氖泡发光总时间为多少？，氖泡发光总时间为多少？2【解析解析】(1)K(1)K接接e e时，有时，有I= I= P=IP=I2 2R=( )R=( )2 212 W=24 W12 W=24 WW=PW=Pt=24t=24101060 J=1.4460
49、 J=1.4410104 4 J JmInBS2 A22R2(2)K(2)K接接f f时，时，U Um m=nBS=24 V=nBS=24 V根据正弦曲线变化规律，可知在交变电流的一个周期根据正弦曲线变化规律，可知在交变电流的一个周期T T内，氖泡闪光内，氖泡闪光2 2次，每次次，每次闪光时间为闪光时间为 。因因f=2 Hzf=2 Hz，故氖泡闪光频率为，故氖泡闪光频率为4 Hz4 Hz，通电通电10 min10 min，氖泡发光的总时间为，氖泡发光的总时间为t=10t=106060 s=400 s s=400 s。答案：答案：(1) A(1) A24 W24 W1.441.4410104 4
50、 J J(2)4 Hz(2)4 Hz400 s400 sT3232【课堂回眸课堂回眸】课堂检测课堂检测素养达标素养达标1.1.如图甲所示，矩形线圈如图甲所示，矩形线圈abcdabcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿变电流如图乙所示，设沿abcdaabcda方向为电流正方向，则下列说法正确的是方向为电流正方向，则下列说法正确的是( () ) A.A.乙图中乙图中abab时间段对应甲图中时间段对应甲图中A A至至B B图的过程图的过程B.B.乙图中乙图中bcbc时间段对应甲图中时间段对应甲图中C C至至D D图的过程图的