人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1

第1節(jié)交變電流核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.知道交流電、直流電的概念。2.了解發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及不同類型發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。科學(xué)思維掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律。科學(xué)探究分析討論交變電流的產(chǎn)生的過程。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體會(huì)交變電流在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)一交變電流1.交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流(AC)。2.直流：方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流(DC)。〖思考判斷〗(1)交變電流的大小一定隨時(shí)間變化。(×)(2)大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流才是直流電。(×)(3)交變電流的大小可以不變，但方向一定隨時(shí)間周期性變化。(√)(4)交變電流不穩(wěn)定，很容易“燒壞”家用電器。(×)判斷電流是直流還是交流的標(biāo)準(zhǔn)是看其方向是否隨時(shí)間周期性變化。知識(shí)點(diǎn)二交變電流的產(chǎn)生〖觀圖助學(xué)〗線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，只有AB、CD邊切割磁感線，產(chǎn)生電動(dòng)勢。1.正弦式交變電流的產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于勻強(qiáng)磁場中，并繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示。2.兩個(gè)特殊位置(1)中性面：與磁感線垂直的平面。(S⊥B位置，如上圖中的甲、丙)①線圈處于中性面位置時(shí)，穿過線圈的Φ最大，但線圈中的感應(yīng)電流為零。②線圈每次經(jīng)過中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向都要改變，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。(2)垂直中性面位置(S∥B位置，如上圖中的乙、丁)此時(shí)穿過線圈的Φ為零，電流最大。〖思考判斷〗(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流。(×)(2)線圈在通過中性面時(shí)磁通量最大，電流也最大。(×)(3)線圈在通過垂直中性面的平面時(shí)電流最大，但磁通量為零。(√)(4)線圈在通過中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變。(√)線圈BC、DA邊始終在平行于磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)，不切割磁感線。因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，只起導(dǎo)線作用。感應(yīng)電動(dòng)勢的大小由磁通量變化率決定，而與磁通量的大小無直接關(guān)系。

知識(shí)點(diǎn)三交變電流的變化規(guī)律1.瞬時(shí)值表達(dá)式：從中性面開始計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢：e＝Emsin__ωt，電壓：u＝Umsin__ωt，電流：i＝Imsin____ωt。2.峰值：表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢、電壓和電流可能達(dá)到的最大值，叫作峰值。3.正弦式交變電流：按正弦規(guī)律變化的交變電流，簡稱正弦式電流。電壓和電流的瞬時(shí)值表達(dá)式都是在電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式的基礎(chǔ)上，根據(jù)閉合電路的歐姆定律得出。知識(shí)點(diǎn)四交流發(fā)電機(jī)1.基本組成：由產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈(通常叫作電樞)和產(chǎn)生磁場的磁體組成。2.分類：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。核心要點(diǎn)交變電流的產(chǎn)生〖要點(diǎn)歸納〗線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲至丁所示。1.過程分析轉(zhuǎn)動(dòng)過程磁通量變化電流方向甲→乙減小B→A→D→C乙→丙增大B→A→D→C丙→丁減小A→B→C→D丁→甲增大A→B→C→D2.兩個(gè)特殊位置的對比中性面位置(甲、丙)與中性面垂直位置(乙、丁)位置線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場平行磁通量最大零磁通量變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變〖試題案例〗〖例1〗(多選)如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右擺動(dòng)一次B.圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流C.線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→bD.線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量變化率為零〖解析〗線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流改變方向，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次通過中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動(dòng)一次，故選項(xiàng)A正確；線圈處于圖示位置時(shí)，ab邊向右運(yùn)動(dòng)，由右手定則，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；線圈平面與磁場方向平行時(shí)，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大，也可以這樣認(rèn)為，線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量為零，磁通量的變化率最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。〖答案〗AC方法總結(jié)交變電流的變化特點(diǎn)(1)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線平行時(shí)，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，故線圈每轉(zhuǎn)一周，電動(dòng)勢最大值出現(xiàn)兩次。(2)線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢的方向都要改變一次。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過中性面，感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的方向都改變兩次。〖針對訓(xùn)練1〗一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈平面位于如圖甲所示的勻強(qiáng)磁場中。通過線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是()A.t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率最大B.t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變C.t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量最大D.t2、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最小〖解析〗t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量Φ最大，磁通量變化率eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流為零，線圈中感應(yīng)電流方向改變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量為零，磁通量的變化率最大，即感應(yīng)電動(dòng)勢最大，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。〖答案〗B核心要點(diǎn)交變電流的變化規(guī)律〖要點(diǎn)歸納〗1.交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式推導(dǎo)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則經(jīng)過時(shí)間t(1)線圈轉(zhuǎn)過的角度為ωt。(2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角θ＝ωt。(3)ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小v＝ωeq\f(lad,2)。(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(設(shè)線圈面積為S)eab＝Blabvsinθ＝eq\f(BSω,2)sinωt。(5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e＝2eab＝BSωsinωt，若線圈為N匝，則e＝NBSωsinωt。2.峰值表達(dá)式Em＝NBSω，Im＝eq\f(Em,R＋r)＝eq\f(NBSω,R＋r)，Um＝ImR＝eq\f(NBSωR,R＋r)。3.正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(1)從中性面位置開始計(jì)時(shí)e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt。(2)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt。4.交變電流的圖像如圖所示(從中性面開始計(jì)時(shí))易錯(cuò)提醒(1)從不同的位置開始計(jì)時(shí)，得到的交變電流的表達(dá)式不同。(2)感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置沒有關(guān)系。如圖所示，三個(gè)不同形狀面積相同的線圈產(chǎn)生的交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值相同。〖試題案例〗〖例2〗一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻r＝2Ω，外接電阻R＝8Ω，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(1,π)T的勻強(qiáng)磁場中以n＝300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，若從中性面開始計(jì)時(shí)，求：(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈從開始計(jì)時(shí)經(jīng)eq\f(1,30)s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式。〖解析〗(1)線圈轉(zhuǎn)速n＝300r/min＝5r/s，角速度ω＝2πn＝10πrad/s，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值Em＝NBSω＝50V，由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt＝50sin(10πt)V。(2)將t＝eq\f(1,30)s代入感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式得e′＝50sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10π×\f(1,30)))V＝25eq\r(3)V，對應(yīng)的感應(yīng)電流i′＝eq\f(e′,R＋r)＝eq\f(5\r(3),2)A。(3)由歐姆定律得u＝eq\f(e,R＋r)R＝40sin(10πt)V。〖答案〗(1)e＝50sin(10πt)V(2)eq\f(5\r(3),2)A(3)u＝40sin(10πt)V方法總結(jié)確定正弦式電流電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法(1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)，以確定瞬時(shí)值表達(dá)式是正弦規(guī)律變化還是余弦規(guī)律變化。(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。(3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值Em＝NBSω。(4)寫出瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt。〖針對訓(xùn)練2〗如圖所示，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100，邊長lab＝0.2m，lbc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值；(2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式；(3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，求線圈在t＝eq\f(T,6)時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢大小。〖解析〗(1)由題可知：S＝lab·lbc＝0.2×0.5m2＝0.1m2，感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝100πV＝314V。(2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e＝Emsinωt所以e＝314sin(100πt)V(3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt，代入數(shù)據(jù)得e＝314cos(100πt)V當(dāng)t＝eq\f(T,6)時(shí)，e＝314coseq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))V＝157V。〖答案〗(1)314V(2)e＝314sin(100πt)V(3)157V1.(交變電流的產(chǎn)生)(多選)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流()〖解析〗由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒有特別要求，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、C、D正確。〖答案〗BCD2.(交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律)如圖所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。下列說法正確的是()A.圖(a)中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大B.從圖(b)開始計(jì)時(shí)，線圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系是i＝ImsinωtC.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時(shí)，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最小，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a〖解析〗題圖(a)中，線圈在中性面位置，故穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為0，故A錯(cuò)誤；從線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)的表達(dá)式才是i＝Imsinωt，故B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到題圖(c)位置時(shí)，線圈在中性面位置，故穿過線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小，為零，電流方向發(fā)生改變，故C正確；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到題圖(d)位置時(shí)，穿過線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大，故感應(yīng)電動(dòng)勢最大，ab邊感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a，故D錯(cuò)誤。〖答案〗C3.(交變電流的圖像)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖像如圖甲所示，則下列說法中正確的是()A.t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B.t＝0.01s時(shí)刻，Φ的變化率最大C.t＝0.02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大D.該線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的圖像如圖乙所示〖解析〗由題圖甲可知t＝0時(shí)刻，穿過線圈的磁通量最大，線圈處于中性面，t＝0.01s時(shí)刻，穿過線圈的磁通量為零，但變化率最大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；由題圖甲可知t＝0.02s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢應(yīng)為零，與圖乙不符合，故C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。〖答案〗B4.(交變電流的變化規(guī)律)如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),π)T，邊長L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω。求：(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值；(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開始感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時(shí)電路中電流的瞬時(shí)值。〖解析〗(1)設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為Em，則Em＝NBL2ω＝100×eq\f(\r(2),π)×0.12×2πV＝2eq\r(2)V。(2)從圖示位置開始感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt＝2eq\r(2)cos(2πt)V(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e′＝2eq\r(2)cos30°＝eq\r(6)V，i＝eq\f(e′,R＋r)＝eq\f(\r(6),5)A。〖答案〗(1)2eq\r(2)V(2)e＝2eq\r(2)cos(2πt)V(3)eq\f(\r(6),5)A

第1節(jié)交變電流核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.知道交流電、直流電的概念。2.了解發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及不同類型發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。科學(xué)思維掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律。科學(xué)探究分析討論交變電流的產(chǎn)生的過程。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體會(huì)交變電流在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)一交變電流1.交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流(AC)。2.直流：方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流(DC)。〖思考判斷〗(1)交變電流的大小一定隨時(shí)間變化。(×)(2)大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流才是直流電。(×)(3)交變電流的大小可以不變，但方向一定隨時(shí)間周期性變化。(√)(4)交變電流不穩(wěn)定，很容易“燒壞”家用電器。(×)判斷電流是直流還是交流的標(biāo)準(zhǔn)是看其方向是否隨時(shí)間周期性變化。知識(shí)點(diǎn)二交變電流的產(chǎn)生〖觀圖助學(xué)〗線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，只有AB、CD邊切割磁感線，產(chǎn)生電動(dòng)勢。1.正弦式交變電流的產(chǎn)生：將閉合矩形線圈置于勻強(qiáng)磁場中，并繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖所示。2.兩個(gè)特殊位置(1)中性面：與磁感線垂直的平面。(S⊥B位置，如上圖中的甲、丙)①線圈處于中性面位置時(shí)，穿過線圈的Φ最大，但線圈中的感應(yīng)電流為零。②線圈每次經(jīng)過中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向都要改變，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。(2)垂直中性面位置(S∥B位置，如上圖中的乙、丁)此時(shí)穿過線圈的Φ為零，電流最大。〖思考判斷〗(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流。(×)(2)線圈在通過中性面時(shí)磁通量最大，電流也最大。(×)(3)線圈在通過垂直中性面的平面時(shí)電流最大，但磁通量為零。(√)(4)線圈在通過中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變。(√)線圈BC、DA邊始終在平行于磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)，不切割磁感線。因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，只起導(dǎo)線作用。感應(yīng)電動(dòng)勢的大小由磁通量變化率決定，而與磁通量的大小無直接關(guān)系。

知識(shí)點(diǎn)三交變電流的變化規(guī)律1.瞬時(shí)值表達(dá)式：從中性面開始計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢：e＝Emsin__ωt，電壓：u＝Umsin__ωt，電流：i＝Imsin____ωt。2.峰值：表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢、電壓和電流可能達(dá)到的最大值，叫作峰值。3.正弦式交變電流：按正弦規(guī)律變化的交變電流，簡稱正弦式電流。電壓和電流的瞬時(shí)值表達(dá)式都是在電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式的基礎(chǔ)上，根據(jù)閉合電路的歐姆定律得出。知識(shí)點(diǎn)四交流發(fā)電機(jī)1.基本組成：由產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈(通常叫作電樞)和產(chǎn)生磁場的磁體組成。2.分類：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。核心要點(diǎn)交變電流的產(chǎn)生〖要點(diǎn)歸納〗線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲至丁所示。1.過程分析轉(zhuǎn)動(dòng)過程磁通量變化電流方向甲→乙減小B→A→D→C乙→丙增大B→A→D→C丙→丁減小A→B→C→D丁→甲增大A→B→C→D2.兩個(gè)特殊位置的對比中性面位置(甲、丙)與中性面垂直位置(乙、丁)位置線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場平行磁通量最大零磁通量變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變〖試題案例〗〖例1〗(多選)如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右擺動(dòng)一次B.圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流C.線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→bD.線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量變化率為零〖解析〗線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流改變方向，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次通過中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動(dòng)一次，故選項(xiàng)A正確；線圈處于圖示位置時(shí)，ab邊向右運(yùn)動(dòng)，由右手定則，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；線圈平面與磁場方向平行時(shí)，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大，也可以這樣認(rèn)為，線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量為零，磁通量的變化率最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。〖答案〗AC方法總結(jié)交變電流的變化特點(diǎn)(1)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線平行時(shí)，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，故線圈每轉(zhuǎn)一周，電動(dòng)勢最大值出現(xiàn)兩次。(2)線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢的方向都要改變一次。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過中性面，感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的方向都改變兩次。〖針對訓(xùn)練1〗一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈平面位于如圖甲所示的勻強(qiáng)磁場中。通過線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是()A.t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率最大B.t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變C.t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量最大D.t2、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最小〖解析〗t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量Φ最大，磁通量變化率eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流為零，線圈中感應(yīng)電流方向改變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量為零，磁通量的變化率最大，即感應(yīng)電動(dòng)勢最大，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。〖答案〗B核心要點(diǎn)交變電流的變化規(guī)律〖要點(diǎn)歸納〗1.交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式推導(dǎo)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則經(jīng)過時(shí)間t(1)線圈轉(zhuǎn)過的角度為ωt。(2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角θ＝ωt。(3)ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小v＝ωeq\f(lad,2)。(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(設(shè)線圈面積為S)eab＝Blabvsinθ＝eq\f(BSω,2)sinωt。(5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e＝2eab＝BSωsinωt，若線圈為N匝，則e＝NBSωsinωt。2.峰值表達(dá)式Em＝NBSω，Im＝eq\f(Em,R＋r)＝eq\f(NBSω,R＋r)，Um＝ImR＝eq\f(NBSωR,R＋r)。3.正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(1)從中性面位置開始計(jì)時(shí)e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt。(2)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt。4.交變電流的圖像如圖所示(從中性面開始計(jì)時(shí))易錯(cuò)提醒(1)從不同的位置開始計(jì)時(shí)，得到的交變電流的表達(dá)式不同。(2)感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置沒有關(guān)系。如圖所示，三個(gè)不同形狀面積相同的線圈產(chǎn)生的交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值相同。〖試題案例〗〖例2〗一矩形線圈，面積是0.05m2，共100匝，線圈電阻r＝2Ω，外接電阻R＝8Ω，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(1,π)T的勻強(qiáng)磁場中以n＝300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，若從中性面開始計(jì)時(shí)，求：(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)線圈從開始計(jì)時(shí)經(jīng)eq\f(1,30)s時(shí)線圈中感應(yīng)電流的瞬時(shí)值；(3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式。〖解析〗(1)線圈轉(zhuǎn)速n＝300r/min＝5r/s，角速度ω＝2πn＝10πrad/s，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值Em＝NBSω＝50V，由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt＝50sin(10πt)V。(2)將t＝eq\f(1,30)s代入感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式得e′＝50sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10π×\f(1,30)))V＝25eq\r(3)V，對應(yīng)的感應(yīng)電流i′＝eq\f(e′,R＋r)＝eq\f(5\r(3),2)A。(3)由歐姆定律得u＝eq\f(e,R＋r)R＝40sin(10πt)V。〖答案〗(1)e＝50sin(10πt)V(2)eq\f(5\r(3),2)A(3)u＝40sin(10πt)V方法總結(jié)確定正弦式電流電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法(1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)，以確定瞬時(shí)值表達(dá)式是正弦規(guī)律變化還是余弦規(guī)律變化。(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。(3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值Em＝NBSω。(4)寫出瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt。〖針對訓(xùn)練2〗如圖所示，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100，邊長lab＝0.2m，lbc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值；(2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式；(3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，求線圈在t＝eq\f(T,6)時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢大小。〖解析〗(1)由題可知：S＝lab·lbc＝0.2×0.5m2＝0.1m2，感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝100πV＝314V。(2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e＝Emsinωt所以e＝314sin(100πt)V(3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emcosωt，代入數(shù)據(jù)得e＝314cos(100πt)V當(dāng)t＝eq\f(T,6)時(shí)，e＝314coseq\b\lc\(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)))V＝157V。〖答案〗(1)314V(2)e＝314sin(100πt)V(3)157V1.(交變電流的產(chǎn)生)(多選)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流()〖解析〗由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒有特別要求，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、C、D正確。〖答案〗BCD2.(交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律)如圖所示，(a)→(b)→(c)→(d)→(e)過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。下列說法正確的是()A.圖(a)中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大B.從圖(b)開始計(jì)時(shí)，線圈中電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系是i＝ImsinωtC.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時(shí)，