2019高中物理 第五章 交變電流 1 交變電流課件 新人教版選修3-2

1、自 主 學 習 基 礎 知 識 合 作 探 究 重 難 疑 點 課 時 作 業(yè) 解 題 技 巧 素 養(yǎng) 培 優(yōu) 1 交變電流 學習目標1.知道交變電流、直流電的概念2.掌握交變電流的 產生和變化規(guī)律(難點)3.知道交變電流的峰值、瞬時值的含義 1交變電流：_和_都隨時間做周 期性變化的電流 2直流：_不隨時間變化的電流 大小方向 方向 3交變電流的產生 (1)產生方法 閉合線圈在_磁場中繞_的 軸勻速轉動 勻強垂直于磁場 (2)過程分析，如圖511所示 (3)中性面：線圈平面與磁場_的位置 垂直 線圈在中性面時，磁通量、感應電動勢、感 應電流具有怎樣的特點？ 【提示】線圈平面與磁場垂直的位置，

2、即 為中性面位置，在此位置磁通量最大，線圈的感 應電動勢和感應電流為零 1線圈轉一周有兩次經(jīng)過中性面，每轉一周 電流方向改變一次( ) 2當線圈中的磁通量最大時，產生的電流也 最大( ) 3交流電源沒有正負極之分( ) 1瞬時值表達式：電動勢：e_，電壓： u_，電流i_ 2峰值：表達式中的Em、Um、Im分別為電動勢、 電壓和電流可能達到的最大值，叫做峰值 3正弦式電流：按_規(guī)律變化的交變電流 Emsint UmsintImsint 正弦 交變電流的大小是否一定變化？ 【提示】交變電流的大小不一定變化，如 方形波電流，交變電流與直流電的最大區(qū)別是方 向發(fā)生周期性的變化 1交流電是指按正弦規(guī)律

3、變化的電流( ) 2線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉動時產生的 交流電是正弦式交變電流( ) 3交變電流的瞬時值表達式與開始計時的位 置無關( ) 預習完成后，請把你認為難以解決的問題記 錄在下面的表格中 問題問題1 問題問題2 問題問題3 問題問題4 學生分組探究一交變電流的產生過程 第1步探究分層設問，破解疑難 1正弦式交變電流有什么特點？試探究產生 正弦式交變電流的條件？ 【提示】正弦式交變電流的大小隨時間做 正弦規(guī)律變化，線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場 的軸勻速轉動，線圈中就產生正弦式交變電流 2試探究分析線圈位于中性面位置時，穿過 線圈的磁通量、磁通量的變化率、感應電動勢、 感應電流各有什么

4、特點？ 【提示】線圈位于中性面處時，穿過線圈 的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應電動 勢、感應電流均為零 3試探究分析線圈位于垂直于中性面位置時， 穿過線圈的磁通量、磁通量的變化率、感應電動 勢、感應電流各有什么特點？ 【提示】當線圈由中性面位置轉過90時， 穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大， 感應電動勢、感應電流最大 第2步結論自我總結，素能培養(yǎng) 中性面、中性面的垂直位置的特性比較 中性面中性面中性面的垂直位置中性面的垂直位置 圖示圖示 位置位置線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場平行線圈平面與磁場平行 磁通量磁通量最大最大零零 磁通量變化率磁通量變化率零零最大最大

5、 感應電動勢感應電動勢零零最大最大 感應電流感應電流零零最大最大 電流方向電流方向改變改變不變不變 第3步例證典例印證，思維深化 圖512 (2014保定高二檢測)如圖512所示，一矩 形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉 軸OO以恒定的角速度轉動，從線圈平面與磁場 方向平行時開始計時， A線圈中的感應電流一直在減小 B線圈中的感應電流先增大后減小 C穿過線圈的磁通量一直在減小 D穿過線圈的磁通量的變化率先減小后增 大 【答案】B 中性面是分析交變電流產生過程中各物理量 變化情況的關鍵位置，線圈處于中性面時磁通量 最大，磁通量變化率最小，感應電動勢最??；線 圈處于垂直于中性面位置時磁通量

6、最小，磁通量 變化率最大，感應電動勢最大 第4步巧練精選習題，落實強化 1(2014蘭州一中高二檢測)如圖513所示 為演示交變電流產生的裝置圖，關于這個實驗， 正確的說法是() 圖513 A線圈每轉動一周，指針左右擺動兩次 B圖示位置為中性面，線圈中無感應電流 C圖示位置ab邊的感應電流方向為ab D線圈平面與磁場方向平行時，磁通量變 化率為零 【解析】線圈在磁場中勻速轉動時，在電 路中產生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中 性面時電流改變方向，線圈每轉動一周，有兩次 通過中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動 一次線圈處于圖示位置時，ab邊向右運動，由 右手定則，ab邊的感應電流方向為ab

7、；線圈平 面與磁場方向平行時，ab、cd邊垂直切割磁感線， 線圈產生的電動勢最大，也可以這樣認為，線圈 處于豎直位置時，磁通量為零，但磁通量的變化 率最大 【答案】C 2(多選)如圖514所示，一面積為S的單匝 矩形線圈處于有界磁場中，能在線圈中產生交變 電流的是() 514 A將線圈水平向右勻速拉出磁場 B使線圈以OO為軸勻速轉動 C使線圈以ab為軸勻速轉動 D磁場以BB0sin t規(guī)律變化 【解析】將線圈向右勻速拉出磁場的過程 中磁通量勻速減小，因此產生的感應電流大小不 變，A錯誤線圈繞垂直于磁感線方向的軸轉動 時磁通量發(fā)生周期性變化，因此產生交變電流， B、C正確如果磁感應強度發(fā)生周期性

8、變化，而 線圈面積不變，則磁通量也發(fā)生周期性變化，產 生交變電流 【答案】BCD 學生分組探究二交變電流的瞬時值、峰值 表達式 第1步探究分層設問，破解疑難 1從不同位置開始計時，交變電流的最大值 和瞬時值是否相同？ 【提示】從不同位置開始計時，交變電流 的最大值是相同的，瞬時值不同 2線圈在磁場中轉動，轉至如圖515位置 時，哪些邊上產生感應電動勢？ 圖515 【提示】AD、BC邊產生感應電動勢 第2步結論自我總結，素能培養(yǎng) 1瞬時值表達式的推導 圖516 若線圈平面從中性面開始轉動，如圖516 所示，則經(jīng)過時間t： 上面各式中的e、i、u僅限于從中性面開始計 時的情況若從垂直于中性面(即從

9、線圈平面與磁 場平行時)開始計時，則上述表達式應為eEmcos t，iImcos t，uUmcos t. 計算峰值與瞬時值應注意的問題 1交流電動勢的峰值EmnBS，由線圈匝 數(shù)n、磁感應強度B、轉動角速度和線圈面積S決 定，與線圈的形狀及轉動軸的位置無關 2理解交變電流的瞬時值，要處理好兩個關 系：一是數(shù)、形、位的關系(即函數(shù)、圖象、線圈 位置三者之間的關系)；二是數(shù)、理關系(數(shù)學表 達式、物理意義兩者之間的關系) 第3步例證典例印證，思維深化 圖517 有一個10匝正方形線框，邊長為20 cm，線框 總電阻為1 ，線框繞OO軸以10 rad/s的角速度 勻速轉動，如圖517所示，垂直于線框

10、平面向 里的勻強磁場的磁感應強度為0.5 T問： (1)該線框產生的交變電流電動勢最大值、電 流最大值分別是多少？ (2)線框從圖示位置轉過60時，感應電動勢 的瞬時值是多大？ (3)寫出感應電動勢隨時間變化的表達式 ( 2 ) 線 框 轉 過 6 0 時 ， 感 應 電 動 勢 e Emsin605.44 V. (3)由于線框轉動是從中性面開始計時的，所 以瞬時值表達式為eEmsin t6.28sin 10t(V) 【答案】(1)6.28 V6.28 A (2)5.44 V (3)e6.28sin10t(V) 求解交變電動勢瞬時值表達式的基本方法 1確定線圈轉動從哪個位置開始計時，以確 定瞬

11、時值表達式是正弦規(guī)律變化還是余弦規(guī)律變 化 2確定線圈轉動的角速度 3確定感應電動勢的峰值EmNBS. 4寫出瞬時值表達式eEmsin t或eEmcos t. 第4步巧練精選習題，落實強化 圖518 1如圖518所示，邊長為a的單匝正方形 線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，以OO邊為 軸勻速轉動，角速度為，轉軸與磁場方向垂直， 線圈電阻為R，求： 【解析】(1)線圈轉動中感應電動勢的峰值 EmBa2，因從垂直于中性面開始計時，故表達 式為余弦式，即eBa2cos t. (2)線圈轉過/2過程中的感應電動勢和感應電 流的平均值分別為 (1)感應電動勢的最大值； (2)線框轉動的角速度的大??； (

12、3)線框中感應電動勢的瞬時值表達式 【解析】計時起點為中性面，因此交變電 流的瞬時值表達式eEmsin t. 將已知條件代入得到 【答案】(1)Em100 V (2)10 rad/s (3)e100sin(10t) V 交變電流圖象問題的應用 正弦式交變電流隨時間變化情況可以從圖象 上表示出來，圖象描述的是交變電流隨時間變化 的規(guī)律，它是一條正弦曲線如圖519所示 從圖象中可以解讀到以下信息： 1交變電流的最大值Im、Em，周期T. 2因線圈在中性面時感應電動勢、感應電流 均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性 面的時刻 3找出線圈平行于磁感線的時刻 4判斷線圈中磁通量的變化情況 5分析判

13、斷i、e隨時間的變化規(guī)律 (多選)(2013山東高考改編)圖5110甲是 小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場 可視為水平方向的勻強磁場，為交流電流 表線圈繞垂直于磁場的水平軸OO沿逆時針方 向勻速轉動，從圖示位置開始計時，產生的交變 電流隨時間變化的圖象如圖5110乙所示以下 判斷正確的是() A通過電阻R的電流的最大值為10 A B線圈轉動的角速度為50 rad/s C0.01 s時線圈平面與磁場方向平行 D0.02 s時電阻R中電流的方向自右向左 【答案】AC 先看名師指津 1線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉動時，開始 計時時線圈所處的位置不同，得到的it或et圖象 也就不同； 2分析有關交變電流的圖象問題時