高中物理 第五章 交变电流 1 交变电流课件 新人教版选修3-2.ppt

自主学习·基础知识,合作探究·重难疑点,解题技巧·素养培优,交变电流,学习目标 1.知道交变电流、直流电的概念 2.掌握交变电流的产生和变化规律(难点) 3.知道交变电流的峰值、瞬时值的含义,1交变电流：_和_都随时间做周期性变化的电流 2直流：_不随时间变化的电流,大小,方向,方向,3交变电流的产生 (1)产生方法 闭合线圈在_磁场中绕_的轴匀速转动,匀强,垂直于磁场,(2)过程分析，如图5­1­1所示,(3)中性面：线圈平面与磁场_的位置,垂直,线圈在中性面时，磁通量、感应电动势、感应电流具有怎样的特点？ 【提示】 线圈平面与磁场垂直的位置，即为中性面位置，在此位置磁通量最大，线圈的感应电动势和感应电流为零,1线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次( ) 2当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大( ) 3交流电源没有正负极之分( ),×,×,1瞬时值表达式：电动势：e_，电压：u_，电流i_ 2峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值，叫做峰值 3正弦式电流：按_规律变化的交变电流,Emsint,Umsint,Imsint,正弦,交变电流的大小是否一定变化？ 【提示】 交变电流的大小不一定变化，如方形波电流，交变电流与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化,1交流电是指按正弦规律变化的电流( ) 2线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交流电是正弦式交变电流( ) 3交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关( ),×,×,预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中,学生分组探究一 交变电流的产生过程 第1步探究分层设问，破解疑难 1正弦式交变电流有什么特点？试探究产生正弦式交变电流的条件？ 【提示】 正弦式交变电流的大小随时间做正弦规律变化，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就产生正弦式交变电流,2试探究分析线圈位于中性面位置时，穿过线圈的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势、感应电流各有什么特点？ 【提示】 线圈位于中性面处时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均为零,3试探究分析线圈位于垂直于中性面位置时，穿过线圈的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势、感应电流各有什么特点？ 【提示】 当线圈由中性面位置转过90°时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流最大,第2步结论自我总结，素能培养 中性面、中性面的垂直位置的特性比较,第3步例证典例印证，思维深化 图5­1­2 (2014·保定高二检测)如图5­1­2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以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，,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,【答案】 B,中性面是分析交变电流产生过程中各物理量变化情况的关键位置，线圈处于中性面时磁通量最大，磁通量变化率最小，感应电动势最小；线圈处于垂直于中性面位置时磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大,第4步巧练精选习题，落实强化 1(2014·兰州一中高二检测)如图5­1­3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( ) 图5­1­3,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ab D线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零,【解析】 线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为ab；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大 【答案】 C,2(多选)如图5­1­4所示，一面积为S的单匝矩形线圈处于有界磁场中，能在线圈中产生交变电流的是( ) 5­1­4 A将线圈水平向右匀速拉出磁场 B使线圈以OO为轴匀速转动 C使线圈以ab为轴匀速转动 D磁场以BB0sin t规律变化,【解析】 将线圈向右匀速拉出磁场的过程中磁通量匀速减小，因此产生的感应电流大小不变，A错误线圈绕垂直于磁感线方向的轴转动时磁通量发生周期性变化，因此产生交变电流，B、C正确如果磁感应强度发生周期性变化，而线圈面积不变，则磁通量也发生周期性变化，产生交变电流 【答案】 BCD,学生分组探究二 交变电流的瞬时值、峰值表达式 第1步探究分层设问，破解疑难 1从不同位置开始计时，交变电流的最大值和瞬时值是否相同？ 【提示】 从不同位置开始计时，交变电流的最大值是相同的，瞬时值不同,2线圈在磁场中转动，转至如图5­1­5位置时，哪些边上产生感应电动势？ 图5­1­5 【提示】 AD、BC边产生感应电动势,第2步结论自我总结，素能培养 1瞬时值表达式的推导 图5­1­6 若线圈平面从中性面开始转动，如图5­1­6所示，则经过时间t：,上面各式中的e、i、u仅限于从中性面开始计时的情况若从垂直于中性面(即从线圈平面与磁场平行时)开始计时，则上述表达式应为eEmcos t，iImcos t，uUmcos t.,计算峰值与瞬时值应注意的问题 1交流电动势的峰值EmnBS，由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与线圈的形状及转动轴的位置无关 2理解交变电流的瞬时值，要处理好两个关系：一是数、形、位的关系(即函数、图象、线圈位置三者之间的关系)；二是数、理关系(数学表达式、物理意义两者之间的关系),第3步例证典例印证，思维深化 图5­1­7 有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图5­1­7所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T问：,(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、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)写出感应电动势随时间变化的表达式,(2)线框转过60°时，感应电动势eEmsin60°5.44 V. (3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为eEmsin t6.28sin 10t(V),【答案】 (1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V (3)e6.28sin10t(V),求解交变电动势瞬时值表达式的基本方法 1确定线圈转动从哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化 2确定线圈转动的角速度 3确定感应电动势的峰值EmNBS. 4写出瞬时值表达式eEmsin t或eEmcos t.,第4步巧练精选习题，落实强化 图5­1­8 1如图5­1­8所示，边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO边为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：,【解析】 (1)线圈转动中感应电动势的峰值EmBa2，因从垂直于中性面开始计时，故表达式为余弦式，即eBa2cos t. (2)线圈转过/2过程中的感应电动势和感应电流的平均值分别为,(1)感应电动势的最大值； (2)线框转动的角速度的大小； (3)线框中感应电动势的瞬时值表达式,【解析】 计时起点为中性面，因此交变电流的瞬时值表达式eEmsin t. 将已知条件代入得到,【答案】 (1)Em100 V (2)10 rad/s (3)e100sin(10t) V,交变电流图象问题的应用 正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线如图5­1­9所示,从图象中可以解读到以下信息： 1交变电流的最大值Im、Em，周期T. 2因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻 3找出线圈平行于磁感线的时刻 4判断线圈中磁通量的变化情况 5分析判断i、e随时间的变化规律,(多选)(2013·山东高考改编)图5­1­10甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图5­1­10乙所示以下判断正确的是( ),A通过电阻R的电流的最大值为10 A B线圈转动的角速度为50 rad/s C0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左,【答案】 AC,先看名师指津 1线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i­t或e­t图象也就不同； 2分析有关交变电流的图象问题时，要注意从图象中找出两个特殊位置所对的时刻,再演练应用 (多选)(2014·锦州高二期末)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随 时间变化的图象如图5­1­11所示，则下列说法中正确的是( ) 图5­1­11,At0.01 s时刻的变化率达最大 Bt0.02 s时刻感应电动势达到最大 Ct0.03 s时刻感应电动势为零 D每当变换方向时，线圈中的感应电动势都为最大,【答案】 AD,