高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流导学案及答案

交变电流

【学习目标】

1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。

2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。

3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。

【学习重难点】

1．交变电流产生的物理过程的分析。

2．交变电流的变化规律及应用。

【学习过程】

一、交变电流

1．直流电流（DC）

___________________________的电流称为直流。

2．交变电流（AC）

大小和方向都随时间作___________的电流，叫做交变电流（俗称交流）。随时间按___________规律变化的交变电流，叫做正弦式电流，正弦式电流的图像可以是___________，也可以是___________。

[例题1]下列表示交变电流的有（    ）

答案：CE

演示：观察交变电流的方向

现象：________________________________________________

说明：手摇发电机输出的是________________。

二、交变电流的产生

1．产生机理

如图所示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，线圈与外电路相连，组成闭合回路，使线圈绕__________磁感线的轴OO′做匀速转动时线圈中就会产生交变电动势和交变电流。

2．中性面

平面线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面__________于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有__________，这个位置叫做__________。线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量__________，磁通量的变化率__________，感应电动势__________。线圈经过中性面时，内部的感应电流方向要__________。

[例题2]一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时（    ）

A．线圈平面与磁感线方向平行

B．通过线圈的磁通量达到最大值

C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值

D．线圈中的电动势达到最大值

答案：B

三、交变电流的变化规律

在磁感应强度为B的匀强磁场中，矩形线圈AB边长为L1，BC边长为L2，逆时针绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为ω，从中性面开始计时，经时间t，线圈中的感应电动势是多少？

分析：

①线圈与中性面的夹角是多少？

②AB边速度方向与磁场方向夹角多大？

③AB边的速度是多少？

④AB边产生的感应电动势多大？

⑤线圈中感应电动势多大？若线圈的匝数为N匝呢？

总结：

1．电动势e随时间变化的规律：_________________________

2．负载两端的电压u随时间变化的规律：_________________________

3．电流i随时间变化的规律：_________________________

其中ω等于线圈转动的角速度，_________________________

根据函数，结合数学知识，绘制图象：

思考：磁通量变化规律？

几种常见的交变电波形

四、交流发电机

1．发电机的基本组成：

①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）

②用来产生磁场的磁极

2．发电机的基本种类：

①旋转电枢式发电机（________________________）

②旋转磁极式发电机（________________________）

【巩固练习】

1．判断正误：

（1）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。（    ）

（2）当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。（    ）

（3）当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。（    ）

（4）按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流。（    ）

（5）电子技术中所用到的交变电流全都是正弦式交变电流。（    ）

2．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′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Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（    ）

A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大

B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变

C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大

D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小

3．如图所示，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，则在这段时间内（     ）

A．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先减小后增大

4．如图所示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（      ）

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边的感应电流方向为a→b

D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零

5．有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。问：

（1）该线框产生的交变电动势最大值、电流最大值分别是多少？

（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）写出感应电动势的瞬时值表达式。

6．如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F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的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是（    ）

A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大

B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大

C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小

D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小

7．如图甲所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是图乙中的（    ）

8．关于交变电流的产生和变化规律，下列说法中正确的是（    ）

A．周期性变化的电流叫作交变电流

B．交流发电机线圈中磁通量最大时，感应电动势也最大

C．当线圈平面与磁感线平行时，线圈中的感应电动势一定为零

D．交变电流一定按正弦规律变化

E．线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动就可以产生正弦式交变电流

9．如图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e=BSωsinωt的图是（    ）

10．一个匝数N=100匝的线圈所包围的面积S=0.02m2，在匀强磁场B=0.5T中绕垂直于磁感线的轴以角速度ω=100πrad/s匀速转动时，在线圈中产生交流电，若自线圈通过中性面时开始计时，那么在图中能够反映线圈中感应电动势随时间变化的图像可能是（    ）

答案：

1．××√√×

2．B

3．B

4．C

5．（1）6.28V    6.28A

（2）5.44V

（3）e=6.28sin10πtV

6．AC

7．A

8．E

9．AC

10．BD