高中物理选修3-2第五章交流电-1.交变电流（课件）
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| 名称 | 高中物理选修3-2第五章交流电-1.交变电流（课件） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-08-29 13:45:35 | ||
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文档简介
课件57张PPT。吕 叔 湘 中 学
庞 留 根交变电流交变电流教学目标
引入新课
一、交变电流的产生 1. 交变电流的产生 2、中性面
二、交变电流的变化规律
1.感应电动势的峰值和瞬时值
2.感应电流和电压的峰值和瞬时值
3.交变电流的图像
4.几种常见的交变电波形 例1 例2 小结
A组能力训练题1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
B组能力训练题1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 教学目标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.
教学重点
交变电流产生的物理过程的分析.
教学难点
交变电流的变化规律及应用. 引入新课［演示］将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路，当线框快速转动时，观察到什么现象?小灯泡一闪一闪的.出示单相交流发电机，介绍它的主要构造.再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时，观察到什么?电流表指针左右摆动.线圈里产生的是什么样的电流？大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流。交流电有许多优点，今天我们学习交流电的产生和变化规律. 一、交变电流的产生 1. 交变电流的产生当ABCD线圈在磁场中绕OO' 轴转动时,哪些边切割磁感线?为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？AB与CD切割磁感线.假定线圈沿逆时针方向匀速转动,如图5.1-3甲至丁,思考下面几个问题： （1）图5.1-3中,在线圈由甲转到乙的过程中, AB边中电流向哪个方向流动? 答： B→A（2）在线圈由丙转到丁的过程中,AB边中电流向哪个方向流动? 答： A→B正是这两种情况交替出现, 线圈中产生了交变电流（3）当线圈转到什么位置时线圈中没有电流? 当线圈平面跟磁感线垂直时, AB边和CD边线速度方向都跟磁感线平行,即不切割磁感线,此时感应电动势为零,当线圈转到甲丙位置时线圈中没有电流.当线圈转到什么位置时线圈中的电流最大? 当线圈转到乙、丁位置时，线圈平面与磁感线平行时, AB边和CD边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大，这时线圈中的电流最大。 一、（4）大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。答：如右图示第2页一、2、中性面线框平面与磁感线垂直时的位置叫做中性面.(2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大,但是 (3)线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。(1)中性面二、交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动,角速度是ω. 经过时间t，线圈转过的角度是θ=ωt, AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角θ也等于ωt，如右图所示。设AB边长为L1，AD边长L2，磁感应强度为B,这时AB边产生的感应电动势多大?CD边中产生的感应电动势跟AB边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大?1.感应电动势的峰值和瞬时值若线圈有N匝时,相当于N个完全相同的电源串联, 则 e=NBωL1L2 sinωt= EmsinωtEm表示感应电动势可能达到的最大值, 叫做电动势的峰值。e=NBωL1L2 sinωt，e叫做感应电动势的瞬时值。令Em=NBωL1L2，2.感应电流和电压的峰值和瞬时值根据闭合电路欧姆定律，感应电流的峰值为 感应电流的瞬时值 i=Imsinωt. 电路的某一段上电压的瞬时值与峰值等于什么? 根据部分电路欧姆定律,电压的最大值Um=ImR,这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流。电压的瞬时值 u=Umsinωt.3.交变电流的图像交变电流的电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示： 二4.几种常见的交变电波形图5.1-4 几种交变电流的波形二1例1、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图，下面说法中正确的是：（ ）
A、t1时刻通过线圈的磁通量为零；
B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
C、t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
D、每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值为最大。 CD解见下页t1、t3时刻线圈中的感应电动势e＝0,即为线圈经过中性面的时刻，此时线圈的磁通量为最大, 但磁通量的变化率却为零，所以选项A错 C正确。 解析：t2时刻e＝-Em，线圈平面转至与磁感线平行，此时通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却为最大，故B也不正确． 每当e的方向变化时，也就是线圈经过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大，故D正确． 例2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路,电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在 时电流强度的瞬时值为多少？因为电动势的最大值Em=311 V，解析：所以电动势的瞬时值表达式是 角速度ω=100 π rad/s，e=311sin100π t V.根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为 所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是 i=3.11sin100π t A.小结本节课主要学习了以下几个问题：1.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，线圈中产生正弦式交变电流.感应电动势瞬时值的表达式为e=NBωSsinω t，感应电动势的最大值为Em=NBωS.2.从中性面开始计时，3.中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0.A组能力训练题11、如图所示，一线圈在匀强
磁场中匀速转动，经过图所示
位置时，（ ）
A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小
B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大
C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大
D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小CA组能力训练题22,如图所示,较慢地转动线圈,观察电流表的指针,可以判定 ( )
(A)指针随线圈转动而摆动,并且线圈
每转一周,指针左右摆动各一次。
(B)当线圈平面转到跟磁感线垂直
位置时,电流表的指针偏转最大。
(C)当线圈平面转到跟磁感线平行位置时,电流表的指针偏转最大.
(D)感应电动势和感应电流是周期性变化的.ACDA组能力训练题3矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈通过中性面时,下列说法中正确的是 （ ）
(A)穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大,
(D穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势最大,
(C)穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势等于零,
(D)穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势等于零。 CA组能力训练题44、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是（ ）
(A)线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变.
(B)线圈转动一周,感应电流方向就改变一次,
(C)线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次.
(D)线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次.CA组能力训练题55、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt，从t＝0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ）
A. 1/50 s
B. 1/100 s
C. 1/200 s
D. 1/400 sCA组能力训练题66、如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO' 匀速转动，沿着OO' 观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时：( )
A.线圈中感应电流的方向为abcd
B.线圈中的感应电流为nBl2ω/R
C.穿过线圈的磁通量为0
D.穿过线圈磁通量的变化率为Bl2ωBCDA组能力训练题77、单匝矩形线圈边长分别为a和b，在匀强磁场B中绕对称轴以角速度ω匀速转动，且对称轴与磁力线垂直。设t=0时线圈平面与磁力线平行，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为（ ）
A．2Bωabcosωt
B．Bωabcosωt
C．2Bωabsinωt
D．Bωabsinωt BA组能力训练题8ABDA组能力训练题99、一矩形线圈,绕与匀强磁场垂直的中心轴OO‘按顺时针方向旋转.引出线的两端与互相绝缘的半圆铜环连接,两个半圆环分别与固定电刷A、B滑动接触, 电刷间接有电阻, 如图所示, 在线圈转动过程中,通过电阻的电流：（ ）
A.大小和方向都不断变化
B.大小和方向都不变
C.大小不断变化，方向A→R→B
D.大小不断变化，方向从B→R→ACA组能力训练题10交变电动势瞬时值的表达式为故交变电动势的最大值为50V，有效值为 故A错C对。 周期 故B错D对。得频率是 f=50Hz，解析：CDA组能力训练题114．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示。产生的交变电动势的图象如图2所示，则 （ ）
A．t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B．t =0.01s时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势有效值为311V
D．线框产生的交变电动势频率为100HZB解见下页由图2可知，该交变电动势瞬时值的表达式为 解析：当t=0.005s时，瞬时值e=311V，此时磁通量变化率最大，A错； 同理当t=0.01s时，e=0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大, 磁通量的变化率为零, B正确对于正弦交变电流其有效值为 题给电动势的有效值为220V，C错； 交变电流的频率为f=1/T=ω/2π=50Hz，D错。A组能力训练题1212．一矩形线圈，面积为S，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着轴OO' 做匀速转动，角速度为ω，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面位置开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势的最大值？写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式？
（2）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？写出线圈中的电流瞬时表达式。（1）对于单匝线圈 解析：当线圈为N匝时 感应电动势的最大值 Em=N BωS（2）根据闭合电路的欧姆定律 电流瞬时表达式为 B组能力训练题11、 某交变电流发电机正常工作时产生的电动势e=Emsinωt.若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为 ( )
(A) e=Emsinωt
(B) e=2Emsinωt,
(C) e=2Emsin2ωt
(D) e=Emsin2ωt,DB组能力训练题22、 一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以其一条边为转轴做匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示.感应电动势的最大值和周期可由图中读出,
则磁感强度B=__________,
在t=T/12时刻,线圈平面与磁感
应强度的夹角等于________.30°解见下页 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈中感应电动势的最大值为 解：Em=BωS得 由图线知，t=0时e=Em，线圈平面与磁感应强度间夹角为零。 在t=T/12时刻，线圈转过的角度ωt=30°,所以线圈平面与磁感应强度的夹角等于30°。B组能力训练题33、如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴Pl和
P2以相同的角速度匀速转动,
当线圈平面转到与磁场方向
平行时 ( )
A.线圈绕Pl转动时的电流等于绕P2转动时的电流.
B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势,
C.线圈绕Pl和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d,
D.线圈绕Pl转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力.AB组能力训练题44．某研究小组的同学利用铜芯电缆线和灵敏电流计做摇绳发电的探究实验。如图所示，他们将电缆线和灵敏电流计连成闭合回路，在操场上由两位同学手摇导线，其他同学观察灵敏电流计的指针变化。在下列说法中，你认为正确的研究结果应符合（ ）
A．摇动绳子时，流过灵敏电流计
的电流是大小变化的直流电
B．摇动绳子时，灵敏电流计中电流
的大小与两同学的站立方位无关
C．仅增加绳子的长度，灵敏电流计
中的电流的最大值增大
D．仅增加摇绳的频率，灵敏电流计中的电流的最大值不变C解见下页本题可等效为，长绳以两人的连线为轴做匀速圆周运动，产生的是正弦交流电，A错误； 解：增加绳子长度相当于增加了切割长度，由Em=NBωS可知，C对D错； 摇动绳子时，两同学的站立方位不同，则地磁场穿过绳转动平面的磁通量不同，即与两同学的站立方位有关。本题正确选项是C。 B组能力训练题55. 如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,匝数为n=50的矩形线圈绕转轴OO' 垂直于匀强
磁场匀速转动, 每匝线圈长L=25cm,
宽d=20cm, 线圈每分钟转动1500r，
在匀速转动过程中,从线圈平面经过
图示位置时开始计时.
(1)写出交流感应电动势e的瞬时值表达式;
(2)若每匝线圈本身电阻r=0.02Ω，外接一阻值为13Ω的用电器,使线圈的外电路组成闭合回路,写出感应电流i的瞬时值表达式;
(3)若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始记时,感应电动势e' 和感应电流i' 的瞬时表达式如何?
(4〉画出的e-t图像和i-t图像。(1)电动势e的瞬时值表达式 解:(2)感应电流 (3) (4) e-t图像和i-t图像分别如图(a)、图(b)所示,B组能力训练题6穿过线圈磁通量的最大值为0.03Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少?当线圈平面与中性面夹角为π/3时，感应电动势为多少?解： Φm=BS=0.03Wb, 得Em=NBωS= 10V, 当线圈平面与中性面夹角为π/3时,感应电动势为 6.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴转动，线圈共100匝,转速为 r/min，在转动过程中B组能力训练题7 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（如图），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 （ ）C解见下页由右手定则，感应电流方向为 a→b→c→d→a，即电流为正值，选项D错C正确。解：在t=0时刻，线圈平面与纸面重合，cd边切割磁感应线的速度最大，产生的感应电动势和感应电流最大，选项AB错；B组能力训练题8（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正.则下列四幅图中正确的是（ ） 如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd 中点的轴OO‘ 以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时D解见下页 本题考查正弦交流电的产生过程、楞次定律等知识和规律。由楞次定律可判断，初始时刻t=0时，电流方向为b到a，i为负值，选项A、B错； 从t=0时刻转过π/4角度时 位于中性面，i=0，则选项C错，图像为D图像所描述。 解：B组能力训练题9磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N匝，线框长为l1，宽为l2，转子的转动角速度为，磁极间的磁感强度为B，试导出发电机的瞬时电动势e 的表达式。
现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感强度可增大到原来的K倍，如果保持发电机结构和尺
寸，转子转动角速度，需产生
的电动势都不变，那么这时转
子上的导线框需要多少匝？ 取轴Ox垂直于磁感强度，线框转角为θ （如图所示），线框长边垂直于纸面，点A、B表示线框长边导线与纸面的交点，O点表示转轴与纸面的交点。一根长边导线产生的电动势为一匝导线框所产生的
感应电动势为线框长边的线速度为②①解：N匝线框产生的电动势应为磁极换成钕铁硼永磁体时，设匝数为N '，则有这时发电机产生的电动势由可得这时转子上的导线框匝数为 ⑤③④题目B组能力训练题10B 解见下页 解：画出T/2的图像如图示，在T/2中，放电管发光的时间为 放电管实际发光的时间占总时间的5/12, 在一小时内放电管实际发光的时间为 B组能力训练题图1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，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕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2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ω逆时针转动。（只考虑单匝线圈）
（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夹角位置时开始计时，如图3所示，试写出t 时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；
（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计） (1)从0 时刻起经过t 时间,线框转过角度θ=ωt 解：线框边的线速度v=ωr， 得ab边v1=ω l1 ，cd边v2=ω l2 切割速度为vab=ωl1 sinωt，
vcd=ωl2 sinωt 两条边切割时产生感应电动势： E1=BL1 vab ， E2=BL1vcd两边产生的感应电动势在闭合电路中环形同向，
E= E1+ E2 , l1+ l2=L2所以： e1=BωL1L2 sinωt e2=BωL1L2 sin(ωt +φ0) （2）道理同上问，只是有个初相位：第2页第1页⑶线圈转动一周，此为正（余）弦交流电：闭合电路的有效电流 R上的功率：P=I2R 转动一周电流在R上做功： Em=BωL1L2第2页第1页谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
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庞 留 根交变电流交变电流教学目标
引入新课
一、交变电流的产生 1. 交变电流的产生 2、中性面
二、交变电流的变化规律
1.感应电动势的峰值和瞬时值
2.感应电流和电压的峰值和瞬时值
3.交变电流的图像
4.几种常见的交变电波形 例1 例2 小结
A组能力训练题1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
B组能力训练题1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 教学目标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.
教学重点
交变电流产生的物理过程的分析.
教学难点
交变电流的变化规律及应用. 引入新课［演示］将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路，当线框快速转动时，观察到什么现象?小灯泡一闪一闪的.出示单相交流发电机，介绍它的主要构造.再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时，观察到什么?电流表指针左右摆动.线圈里产生的是什么样的电流？大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流。交流电有许多优点，今天我们学习交流电的产生和变化规律. 一、交变电流的产生 1. 交变电流的产生当ABCD线圈在磁场中绕OO' 轴转动时,哪些边切割磁感线?为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？AB与CD切割磁感线.假定线圈沿逆时针方向匀速转动,如图5.1-3甲至丁,思考下面几个问题： （1）图5.1-3中,在线圈由甲转到乙的过程中, AB边中电流向哪个方向流动? 答： B→A（2）在线圈由丙转到丁的过程中,AB边中电流向哪个方向流动? 答： A→B正是这两种情况交替出现, 线圈中产生了交变电流（3）当线圈转到什么位置时线圈中没有电流? 当线圈平面跟磁感线垂直时, AB边和CD边线速度方向都跟磁感线平行,即不切割磁感线,此时感应电动势为零,当线圈转到甲丙位置时线圈中没有电流.当线圈转到什么位置时线圈中的电流最大? 当线圈转到乙、丁位置时，线圈平面与磁感线平行时, AB边和CD边线速度方向都跟磁感线方向垂直，即两边都垂直切割磁感线，此时产生感应电动势最大，这时线圈中的电流最大。 一、（4）大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。答：如右图示第2页一、2、中性面线框平面与磁感线垂直时的位置叫做中性面.(2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大,但是 (3)线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。(1)中性面二、交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动,角速度是ω. 经过时间t，线圈转过的角度是θ=ωt, AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角θ也等于ωt，如右图所示。设AB边长为L1，AD边长L2，磁感应强度为B,这时AB边产生的感应电动势多大?CD边中产生的感应电动势跟AB边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大?1.感应电动势的峰值和瞬时值若线圈有N匝时,相当于N个完全相同的电源串联, 则 e=NBωL1L2 sinωt= EmsinωtEm表示感应电动势可能达到的最大值, 叫做电动势的峰值。e=NBωL1L2 sinωt，e叫做感应电动势的瞬时值。令Em=NBωL1L2，2.感应电流和电压的峰值和瞬时值根据闭合电路欧姆定律，感应电流的峰值为 感应电流的瞬时值 i=Imsinωt. 电路的某一段上电压的瞬时值与峰值等于什么? 根据部分电路欧姆定律,电压的最大值Um=ImR,这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流。电压的瞬时值 u=Umsinωt.3.交变电流的图像交变电流的电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示： 二4.几种常见的交变电波形图5.1-4 几种交变电流的波形二1例1、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图，下面说法中正确的是：（ ）
A、t1时刻通过线圈的磁通量为零；
B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
C、t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
D、每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值为最大。 CD解见下页t1、t3时刻线圈中的感应电动势e＝0,即为线圈经过中性面的时刻，此时线圈的磁通量为最大, 但磁通量的变化率却为零，所以选项A错 C正确。 解析：t2时刻e＝-Em，线圈平面转至与磁感线平行，此时通过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却为最大，故B也不正确． 每当e的方向变化时，也就是线圈经过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大，故D正确． 例2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路,电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在 时电流强度的瞬时值为多少？因为电动势的最大值Em=311 V，解析：所以电动势的瞬时值表达式是 角速度ω=100 π rad/s，e=311sin100π t V.根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为 所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是 i=3.11sin100π t A.小结本节课主要学习了以下几个问题：1.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，线圈中产生正弦式交变电流.感应电动势瞬时值的表达式为e=NBωSsinω t，感应电动势的最大值为Em=NBωS.2.从中性面开始计时，3.中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0.A组能力训练题11、如图所示，一线圈在匀强
磁场中匀速转动，经过图所示
位置时，（ ）
A.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小
B.穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大
C.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大
D.穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小CA组能力训练题22,如图所示,较慢地转动线圈,观察电流表的指针,可以判定 ( )
(A)指针随线圈转动而摆动,并且线圈
每转一周,指针左右摆动各一次。
(B)当线圈平面转到跟磁感线垂直
位置时,电流表的指针偏转最大。
(C)当线圈平面转到跟磁感线平行位置时,电流表的指针偏转最大.
(D)感应电动势和感应电流是周期性变化的.ACDA组能力训练题3矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈通过中性面时,下列说法中正确的是 （ ）
(A)穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大,
(D穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势最大,
(C)穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势等于零,
(D)穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势等于零。 CA组能力训练题44、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是（ ）
(A)线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变.
(B)线圈转动一周,感应电流方向就改变一次,
(C)线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次.
(D)线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次.CA组能力训练题55、闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电瞬时值的表达式为i=0.2sin100πt，从t＝0到第一次出现通过线圈的磁通量变化率最大值的时间为（ ）
A. 1/50 s
B. 1/100 s
C. 1/200 s
D. 1/400 sCA组能力训练题66、如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO' 匀速转动，沿着OO' 观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时：( )
A.线圈中感应电流的方向为abcd
B.线圈中的感应电流为nBl2ω/R
C.穿过线圈的磁通量为0
D.穿过线圈磁通量的变化率为Bl2ωBCDA组能力训练题77、单匝矩形线圈边长分别为a和b，在匀强磁场B中绕对称轴以角速度ω匀速转动，且对称轴与磁力线垂直。设t=0时线圈平面与磁力线平行，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为（ ）
A．2Bωabcosωt
B．Bωabcosωt
C．2Bωabsinωt
D．Bωabsinωt BA组能力训练题8ABDA组能力训练题99、一矩形线圈,绕与匀强磁场垂直的中心轴OO‘按顺时针方向旋转.引出线的两端与互相绝缘的半圆铜环连接,两个半圆环分别与固定电刷A、B滑动接触, 电刷间接有电阻, 如图所示, 在线圈转动过程中,通过电阻的电流：（ ）
A.大小和方向都不断变化
B.大小和方向都不变
C.大小不断变化，方向A→R→B
D.大小不断变化，方向从B→R→ACA组能力训练题10交变电动势瞬时值的表达式为故交变电动势的最大值为50V，有效值为 故A错C对。 周期 故B错D对。得频率是 f=50Hz，解析：CDA组能力训练题114．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示。产生的交变电动势的图象如图2所示，则 （ ）
A．t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B．t =0.01s时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势有效值为311V
D．线框产生的交变电动势频率为100HZB解见下页由图2可知，该交变电动势瞬时值的表达式为 解析：当t=0.005s时，瞬时值e=311V，此时磁通量变化率最大，A错； 同理当t=0.01s时，e=0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大, 磁通量的变化率为零, B正确对于正弦交变电流其有效值为 题给电动势的有效值为220V，C错； 交变电流的频率为f=1/T=ω/2π=50Hz，D错。A组能力训练题1212．一矩形线圈，面积为S，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着轴OO' 做匀速转动，角速度为ω，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面位置开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势的最大值？写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式？
（2）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？写出线圈中的电流瞬时表达式。（1）对于单匝线圈 解析：当线圈为N匝时 感应电动势的最大值 Em=N BωS（2）根据闭合电路的欧姆定律 电流瞬时表达式为 B组能力训练题11、 某交变电流发电机正常工作时产生的电动势e=Emsinωt.若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为 ( )
(A) e=Emsinωt
(B) e=2Emsinωt,
(C) e=2Emsin2ωt
(D) e=Emsin2ωt,DB组能力训练题22、 一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以其一条边为转轴做匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示.感应电动势的最大值和周期可由图中读出,
则磁感强度B=__________,
在t=T/12时刻,线圈平面与磁感
应强度的夹角等于________.30°解见下页 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈中感应电动势的最大值为 解：Em=BωS得 由图线知，t=0时e=Em，线圈平面与磁感应强度间夹角为零。 在t=T/12时刻，线圈转过的角度ωt=30°,所以线圈平面与磁感应强度的夹角等于30°。B组能力训练题33、如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴Pl和
P2以相同的角速度匀速转动,
当线圈平面转到与磁场方向
平行时 ( )
A.线圈绕Pl转动时的电流等于绕P2转动时的电流.
B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势,
C.线圈绕Pl和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d,
D.线圈绕Pl转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力.AB组能力训练题44．某研究小组的同学利用铜芯电缆线和灵敏电流计做摇绳发电的探究实验。如图所示，他们将电缆线和灵敏电流计连成闭合回路，在操场上由两位同学手摇导线，其他同学观察灵敏电流计的指针变化。在下列说法中，你认为正确的研究结果应符合（ ）
A．摇动绳子时，流过灵敏电流计
的电流是大小变化的直流电
B．摇动绳子时，灵敏电流计中电流
的大小与两同学的站立方位无关
C．仅增加绳子的长度，灵敏电流计
中的电流的最大值增大
D．仅增加摇绳的频率，灵敏电流计中的电流的最大值不变C解见下页本题可等效为，长绳以两人的连线为轴做匀速圆周运动，产生的是正弦交流电，A错误； 解：增加绳子长度相当于增加了切割长度，由Em=NBωS可知，C对D错； 摇动绳子时，两同学的站立方位不同，则地磁场穿过绳转动平面的磁通量不同，即与两同学的站立方位有关。本题正确选项是C。 B组能力训练题55. 如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,匝数为n=50的矩形线圈绕转轴OO' 垂直于匀强
磁场匀速转动, 每匝线圈长L=25cm,
宽d=20cm, 线圈每分钟转动1500r，
在匀速转动过程中,从线圈平面经过
图示位置时开始计时.
(1)写出交流感应电动势e的瞬时值表达式;
(2)若每匝线圈本身电阻r=0.02Ω，外接一阻值为13Ω的用电器,使线圈的外电路组成闭合回路,写出感应电流i的瞬时值表达式;
(3)若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始记时,感应电动势e' 和感应电流i' 的瞬时表达式如何?
(4〉画出的e-t图像和i-t图像。(1)电动势e的瞬时值表达式 解:(2)感应电流 (3) (4) e-t图像和i-t图像分别如图(a)、图(b)所示,B组能力训练题6穿过线圈磁通量的最大值为0.03Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少?当线圈平面与中性面夹角为π/3时，感应电动势为多少?解： Φm=BS=0.03Wb, 得Em=NBωS= 10V, 当线圈平面与中性面夹角为π/3时,感应电动势为 6.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴转动，线圈共100匝,转速为 r/min，在转动过程中B组能力训练题7 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（如图），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 （ ）C解见下页由右手定则，感应电流方向为 a→b→c→d→a，即电流为正值，选项D错C正确。解：在t=0时刻，线圈平面与纸面重合，cd边切割磁感应线的速度最大，产生的感应电动势和感应电流最大，选项AB错；B组能力训练题8（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正.则下列四幅图中正确的是（ ） 如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd 中点的轴OO‘ 以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时D解见下页 本题考查正弦交流电的产生过程、楞次定律等知识和规律。由楞次定律可判断，初始时刻t=0时，电流方向为b到a，i为负值，选项A、B错； 从t=0时刻转过π/4角度时 位于中性面，i=0，则选项C错，图像为D图像所描述。 解：B组能力训练题9磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N匝，线框长为l1，宽为l2，转子的转动角速度为，磁极间的磁感强度为B，试导出发电机的瞬时电动势e 的表达式。
现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感强度可增大到原来的K倍，如果保持发电机结构和尺
寸，转子转动角速度，需产生
的电动势都不变，那么这时转
子上的导线框需要多少匝？ 取轴Ox垂直于磁感强度，线框转角为θ （如图所示），线框长边垂直于纸面，点A、B表示线框长边导线与纸面的交点，O点表示转轴与纸面的交点。一根长边导线产生的电动势为一匝导线框所产生的
感应电动势为线框长边的线速度为②①解：N匝线框产生的电动势应为磁极换成钕铁硼永磁体时，设匝数为N '，则有这时发电机产生的电动势由可得这时转子上的导线框匝数为 ⑤③④题目B组能力训练题10B 解见下页 解：画出T/2的图像如图示，在T/2中，放电管发光的时间为 放电管实际发光的时间占总时间的5/12, 在一小时内放电管实际发光的时间为 B组能力训练题图1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，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕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2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ω逆时针转动。（只考虑单匝线圈）
（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夹角位置时开始计时，如图3所示，试写出t 时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；
（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其它电阻均不计） (1)从0 时刻起经过t 时间,线框转过角度θ=ωt 解：线框边的线速度v=ωr， 得ab边v1=ω l1 ，cd边v2=ω l2 切割速度为vab=ωl1 sinωt，
vcd=ωl2 sinωt 两条边切割时产生感应电动势： E1=BL1 vab ， E2=BL1vcd两边产生的感应电动势在闭合电路中环形同向，
E= E1+ E2 , l1+ l2=L2所以： e1=BωL1L2 sinωt e2=BωL1L2 sin(ωt +φ0) （2）道理同上问，只是有个初相位：第2页第1页⑶线圈转动一周，此为正（余）弦交流电：闭合电路的有效电流 R上的功率：P=I2R 转动一周电流在R上做功： Em=BωL1L2第2页第1页谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
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