高中物理课件第3章第2节交变电流是怎样产生的.ppt

第3章 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 要点一 要点二 第2节 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点三 1 认识交流发电机 了解交流发电机的结构 2 掌握交变电流的变化规律 熟悉正弦交变电流的瞬时值表达式和图像 知道中性面的概念 3 能灵活运用正弦交变电流的图像和三角函数表达式解决问题 读教材 填要点 一 交流发电机1 原理闭合导体与磁极之间做 穿过闭合导体的发生变化 2 构造线圈 电枢 和两部分 相对运动 磁通量 磁极 3 分类 电枢 磁极 二 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 矩形线圈绕的轴匀速转动 2 特殊位置特点 中性面 线圈平面与磁感线 线圈经过中性面时 感应电动势 感应电流 垂直于磁场方向 垂直 为零 与中性面垂直时 线圈的感应电动势 感应电流 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 感应电流的方向改变 最大 2次 2次 Emsin t Imsin t Umsin t 2 图像描述如图3 2 1所示 图3 2 1 试身手 夯基础 1 线圈垂直于磁感线时的位置叫 此时穿过线圈平面的磁通量 产生的电动势 答案 中性面最大为零 2 矩形线圈在匀强磁场中以角速度 匀速转动 如果从中性面开始计时 经时间t后 线圈平面转过的角度 瞬时感应电动势e 感应电流为i 此交流电通过一段导体时 导体两端的电压u 答案 tEmsin tImsin tUmsin t 3 关于中性面 下列说法错误的是 A 中性面就是穿过线圈的磁通量为零的面B 中性面就是线圈中磁通量变化率为零的面C 线圈过中性面时 电流方向必改变D 中性面就是线圈内感应电动势为零的面 解析 线圈转至中性面时 线圈平面与磁感线垂直 所以此时穿过线圈的磁通量最大 磁通量变化率为零 感应电动势为零 电流方向改变 答案 A 4 如图3 2 2甲所示 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 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时 如图乙 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则图3 2 3所示四幅图中正确的是 图3 2 2 图3 2 3 答案 D 1 推导正弦交变电流瞬时值的表达式设线圈从中性面起经时间t转过角度 则 t 此时两边ab cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为 t和180 t 如图3 2 4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为 图3 2 4 2 交变电流的变化规律 1 e Emsin t 2 i Imsin t 3 u Umsin t 名师点睛 其中交流电动势的峰值Em 由线圈匝数n 磁感应强度B 转动角速度 及线圈面积S决定 与线圈的形状无关 与转轴的位置无关 因此图3 2 5所示几种情况 若n B S 相同 则电动势的峰值相同 图3 2 5 图3 2 6 答案 1 e 375sin5 tV 2 375V 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 电动势是按正弦规律变化 从线圈转到与磁感线平行时开始计时 电动势是按余弦规律变化 3 计算电动势最大值和角速度 写出电动势的瞬时表达式 1 图像意义反映了交变电流的电流 电压 随时间变化的规律 如图3 2 7所示 2 通过图像可了解到信息最大值 周期 频率 图3 2 7 3 特殊位置 时刻 物理量的特点 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像如图3 2 8所示 则 A 交流电的频率是4 HzB 当t 0时 线圈平面与磁感线垂直 磁通量最大 图3 2 8 答案 B 对物理图像需掌握的要点 一看 看 轴 看 线 看 斜率 看 点 二变 掌握 图与图 图与式 图与物 之间的变通 三判 在此基础上进行正确的分析 判断 图3 2 9 1 电路中感应电动势的最大值和有效值 2 电路中交流电压表和电流表的示数 3 线圈从图示位置转过90 的过程中通过电阻R的电荷量 思路点拨 交变电流的最大值只是一个瞬间值 对产生焦耳热无直接影响 起决定作用的是有效值 计算电荷量时要用电流的平均值 答案 1 50V35 4V 2 31 86V3 54A 3 0 16C 在交变电流的电路中 电压 电流以及热量和功率都用有效值计算 电压表和电流表的示数都是指有效值 而耐压值是指最大值 电路中通过的电荷量用平均值计算 1 对应要点一 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3 2 10所示 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 则在图3 2 11中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图像是 图3 2 10 图3 2 11 解析 由右手定则或者楞次定律可以确定开始时刻感应电流的方向为a b c d a 跟规定的正方向相同 而且该时刻感应电流最大 故选C 答案 C 2 对应要点二 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3 2 12甲所示 产生的交变电动势的图像如图乙所示 则 图3 2 12 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 答案 B 图3 2 13 3 对应要点三 如图3 2 13所示 一个小型旋转电枢式交流发电机 其矩形线圈的长度为a 宽度为b 共有n匝 总电阻为r 与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻 线圈以角速度 在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO 匀速运动 沿转轴OO 方向看去 线圈转动沿逆时针方向 t 0时刻线圈平面与磁感线垂直 1 表示出线圈经过图示位置时 线圈中的感应电流的方向 2 写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式 3 求线圈从t 0位置开始到转过90 的过程中的平均电动势 4 求线圈从t 0位置开始到转过60 时的瞬时电流 答案 见解析 1 中性面磁通量虽然最大 但该位置磁通量变化率为零 从而瞬时电动势为零 该位置是电流方向发生变化的位置 2 Em nBS 虽由矩形线圈求得 但对任何形状的线圈都适用 条件是转轴垂直于磁感应强度方向 3 当交流发电机的线圈从中性面开始转动计时时 产生正弦交变电流 电动势的瞬时值表达式为e nBS sin t 当线圈从垂直于中性面 磁场方向与线圈平面平行 位置开始计时时 产生余弦交变电流 电动势的瞬时值表达式为e nBS cos t 4 计算电功 电功率 电热用交流电的有效值 计算通过导体横截面的电荷量用交流电的平均值 点击下图进入 课下作业综合提升