高中物理 第3章 第2节 交变电流是怎样产生的讲义（含解析）鲁科版选修3-2-鲁科版高一选修3-2物理教案VIP专享VIP免费

交变电流是怎样产生的1．交流发电机(1)原理：闭合导体与磁极之间做相对运动。穿过闭合导体的磁通量发生变化。(2)构造：线圈(电枢)和磁极两部分。(3)分类两种类型转子定子特点旋转电枢式电枢磁极电压低，功率小旋转磁极式磁极电枢电压高，功率大旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机有什么区别？解析：旋转电枢式发电机的转子是线圈，而旋转磁极式发电机的转子是磁极，且后者能产生高电压，更能满足人们的生产、生活需要。2．交变电流的产生原理和变化规律(1)产生原理①条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动；②特殊位置特点a．中性面：线圈平面与磁感线垂直，线圈经过中性面时，感应电动势、感应电流为零，磁通量最大；b．与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流最大，磁通量为零；③电流方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动一周，经过中性面2次，感应电流的方向改变2次。(2)变化规律①函数表示：e＝Emsin_ωt(条件：从中性面开始计时，其中Em＝2nBlv＝nBωS)i＝Imsin_ωtu＝Umsin_ωt(其中Um＝ImR)②e、i、u随t变化图象如图所示。当线圈在磁场中转速加倍时，产生的交流电的峰值、有效值、周期如何变化？解析：当转速加倍时，角速度加倍，则峰值加倍，有效值加倍，周期减半。1．推导正弦式交变电流瞬时值的表达式设单匝线圈从中性面起经时间t转过角度θ，则θ＝ωt。此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为ωt和180°－ωt，如图所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势e＝BLabvsinωt＋BLcdvsin(180°－ωt)＝2BLabvsinωt又v＝ω·，代入上式得e＝BSωsinωt＝Emsinωt对纯电阻电路，设闭合电路总电阻为R，由欧姆定律得闭合回路的电流瞬时值i＝＝sinωt＝Imsinωt此时加在电路上的路端电压的瞬时值u＝iR＝ImRsinωt＝Umsinωt2．n匝线圈感应电动势的瞬时表达式为e＝nBSωsinωt[典例1]如图所示，正方形线圈abcd的边长是0.5m，共300匝，匀强磁场的磁感应强度为B＝T，当线圈以150r/min的转速匀速旋转时，求：(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；(2)线圈转过s时电动势的瞬时值多大？[思路探究]→→[解析]分别把Em、ω的数值推出，代入一般式e＝Emsinωt就得出了瞬时值表达式。求瞬时值时，只需把t的时刻代入表达式就可以了。(1)e＝Emsinωt＝NBS·2πnsin2πnt＝375sin5πtV(2)当t＝s时，电动势的瞬时值e＝375sinV＝375V[答案](1)e＝375sin5πtV(2)375V[总结提能]交变电流瞬时表达式问题的破解程序(1)观察线圈的转动轴是否与磁感线垂直。(2)从中性面开始计时，电动势按正弦规律变化；从线圈转到与磁感线平行时开始计时，电动势按余弦规律变化。(3)计算电动势最大值和角速度ω，写出电动势的瞬时表达式。1．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，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，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的有效值为311VD．线框产生的交变电动势的频率为100Hz解析：选B该交变电动势瞬时值的表达式为e＝311·sin100πtV。t＝0.005s时感应电动势最大，线框的磁通量变化率最大，A错误；t＝0.01s时感应电动势为零，穿过线框的磁通量最大，线框平面与中性面重合，B正确；感应电动势的最大值为311V，则有效值为V，C错误；由题图知该交变电动势的周期为0.02s，由频率与周期的关系可知，频率为50Hz，D错误。1．图象意义反映了交变电流的电流(电压)随时间变化的规律，如图所示。2．通过图象可了解到的信息最大值、周期、频率。3．特殊位置(时刻)物理量的特点两个位置比较内容中性面中性面的垂直面图示时刻k·T/2(k＝0,1,2，…)k·T/4(k＝1,3,5，…)位置线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场平行磁通量最大零磁通量变化率零最大感应电动势零最大电流方向改变不变[典例2]一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图所示，则()A．交流电的频率是4πHzB．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大C．当t＝πs时，e有最大值D．t＝...