2012高二物理课件：第五章 1 交变电流 （新人教版选修3-2）

(共20张PPT)
第五章
交变电流
1 交变电流
知识点 1
交变电流
1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流．
2．直流：方向不随时间变化的电流．
3．中性面：线圈平面垂直于磁感线时的位置．
4．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流．
知识点 2
交变电流的产生
1．产生方法
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线
圈中就会产生正弦式交变电流(如图 5－1－1 所示)．
图 5－1－1
2．电流特点
(1)线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电
动势和感应电流为零；
(2)线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量为零，但
感应电动势和感应电流最大；
(3)感应电动势和感应电流的方向每一个周期改变两次，在
中性面时开始改变．
知识点 3
交变电流的变化规律
1．正弦交变电流的数学表达式
如图 5－1－2 甲、乙所示，n 匝矩形线圈 abcd，其边长分
别为 ad＝L1，ab＝L2，面积 S＝L1·L2，在磁感应强度为 B 的匀
强磁场中绕垂直于磁场方向的轴
OO′以角速度ω匀速转动，从中
性面开始计时，经时间 t，转动的
角度θ＝ωt.
图 5－1－2
2．余弦交变电流的数学表达式
如果线圈从如图 5－1－3 所示位置即峰值面开始转动，电
路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化，对
于单匝线圈，有：
图 5－1－3
(1)电动势的瞬时表达式 e＝Emcos ωt.
(2)电流的瞬时表达式 i＝Imcos ωt .
(3)路端电压 u＝Umcos ωt.
(4)在峰值面上，|cos ωt|＝1，电动势得最大值 Em.
【例 1】(双选)单匝矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图 5－1
－4 所示，ab＝dc＝l1，ad＝bc＝l2，从图示位置起以角速度ω绕不同
转轴做匀速转动(
)
图 5－1－4
A．以 OO′为转轴时，感应电动势 e＝Bl1l2ωsin ωt
B．以 O1O1′为转轴时，感应电动势 e＝Bl1l2ωsin ωt
C．以 OO′为转轴时，感应电动势 e＝Bl1l2ωcos ωt
D．以 OO′为转轴或以 ab 为转轴时，感应电动势
解析： 以 OO′为转轴时，图示位置相当于是峰值面，根
据感应电动势的表达式 e＝Emcos ωt 及Em＝BSω=Bl1l2w 可知e
＝Bl1l2ωcos ωt，则 C 对 A 错；再根据三角函数关系可知 D 选
项正确．若线圈以 O1O1′为转轴，线圈磁通量变化始终为零，
则感应电动势为零．
答案：CD
1．(双选)一个平面矩形线圈在绕垂直于磁场的轴转动时，
产生的交变感应电动势最大的情况是(
)
BD
A．线圈平面垂直于磁场
B．线圈平面平行于磁场
C．磁通量最大时
D．磁通量为零时
解析：当线圈平行于磁场时，磁通量为零，磁通量的变化
率最大，感应电动势最大．
题型 1
交变电流的表达式
【例2】交流发电机在工作时电动势为 e＝ Emsin ωt，若将
发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其他
条件不变，则电动势为(
)
C
解析：e=nBSωsin ωt，转速增大一倍，所围面积减少一半，
最大值不变，则可知表达式为 e＝Emsin 2ωt.
2．如图 5－1－5 所示，一半径为 r＝10 cm 的圆形线圈共
向的中心轴线 OO′以 n＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转
至中性面位置时开始计时．求：
图 5－1－5
解：当线圈从中性面开始计时，产生的感应电动势的瞬时
值表达式为 e＝NBSωsin ωt
(1)e＝NBSωsin ωt，其中
ω＝2πn＝2π×10 rad/s＝20π rad/s
所以 e＝NBSωsin ωt
题型 2
交变电流的图象
【例 3】处在匀强磁场中的矩形线圈 abcd，以恒定的角速
度绕 ab 边转动，磁场方向平行于纸面并与 ab 垂直．在 t＝0 时
刻，线圈平面与纸面重合(图 5－1－6)，线圈的 cd 边离开纸面
向外运动．若规定由 a→b→c→d→a 方向的感应电流为正，则
)
能反映线圈中感应电流 I 随时间 t 变化的图线是(
图 5－1－6
解析：由峰值面开始计时，说明变化规律是余弦图象，当
cd 边向外转时，电流向上，因此电流起始值为正值．只有 C 选
项正确．
答案：C
3．(双选)如图 5－1－7 所示是一个正弦交变电流的 i－t 图
)
象，根据这一图象，以下说法正确的是(
图 5－1－7
A．i＝2sin 0.4t A
B．i＝2sin 5πt A
C．i＝0.1 s 时，线圈平面与磁感线平行
D．t＝0.1 s 时，线圈平面与磁感线垂直
答案： BC