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(xué) 習(xí) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 合 作 探 究 重 難 疑 點(diǎn) 課 時(shí) 作 業(yè) 解 題 技 巧 素 養(yǎng) 培 優(yōu) 1 交變電流 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道交變電流、直流電的概念2.掌握交變電流的 產(chǎn)生和變化規(guī)律(難點(diǎn))3.知道交變電流的峰值、瞬時(shí)值的含義 1交變電流：_和_都隨時(shí)間做周 期性變化的電流 2直流：_不隨時(shí)間變化的電流 大小方向 方向 3交變電流的產(chǎn)生 (1)產(chǎn)生方法 閉合線圈在_磁場(chǎng)中繞_的 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 勻強(qiáng)垂直于磁場(chǎng) (2)過(guò)程分析，如圖511所示 (3)中性面：線圈平面與磁場(chǎng)_的位置 垂直 線圈在中性面時(shí)，磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感 應(yīng)電流具有怎樣的特點(diǎn)？ 【提示】線圈平面與磁場(chǎng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流為零 1線圈轉(zhuǎn)一周有兩次經(jīng)過(guò)中性面，每轉(zhuǎn)一周 電流方向改變一次( ) 2當(dāng)線圈中的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的電流也 最大( ) 3交流電源沒(méi)有正負(fù)極之分( ) 1瞬時(shí)值表達(dá)式：電動(dòng)勢(shì)：e_，電壓： u_，電流i_ 2峰值：表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、 電壓和電流可能達(dá)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(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的 交流電是正弦式交變電流( ) 3交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式與開(kāi)始計(jì)時(shí)的位 置無(wú)關(guān)( ) 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記 錄在下面的表格中 問(wèn)題問(wèn)題1 問(wèn)題問(wèn)題2 問(wèn)題問(wèn)題3 問(wèn)題問(wèn)題4 學(xué)生分組探究一交變電流的產(chǎn)生過(guò)程 第1步探究分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 1正弦式交變電流有什么特點(diǎn)？試探究產(chǎn)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(shí)間做 正弦規(guī)律變化，線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng) 的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就產(chǎn)生正弦式交變電流 2試探究分析線圈位于中性面位置時(shí)，穿過(guò) 線圈的磁通量、磁通量的變化率、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、 感應(yīng)電流各有什么

4、特點(diǎn)？ 【提示】線圈位于中性面處時(shí)，穿過(guò)線圈 的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)、感應(yīng)電流均為零 3試探究分析線圈位于垂直于中性面位置時(shí)， 穿過(guò)線圈的磁通量、磁通量的變化率、感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)、感應(yīng)電流各有什么特點(diǎn)？ 【提示】當(dāng)線圈由中性面位置轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)， 穿過(guò)線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大， 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流最大 第2步結(jié)論自我總結(jié)，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(chǎng)垂直線圈平面與磁場(chǎng)垂直線圈平面與磁場(chǎng)平行線圈平面與磁場(chǎng)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)零零最大最大 感應(yīng)電流感應(yīng)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(cè))如圖512所示，一矩 形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn) 軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，從線圈平面與磁場(chǎng) 方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)， A線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C穿過(guò)線圈的磁通量一直在減小 D穿過(guò)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(chǎn)生過(guò)程中各物理量 變化情況的關(guān)鍵位置，線圈處于中性面時(shí)磁通量 最大，磁通量變化率最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小；線 圈處于垂直于中性面位置時(shí)磁通量

6、最小，磁通量 變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1(2014蘭州一中高二檢測(cè))如圖513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)， 正確的說(shuō)法是() 圖513 A線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右擺動(dòng)兩次 B圖示位置為中性面，線圈中無(wú)感應(yīng)電流 C圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍b D線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁通量變 化率為零 【解析】線圈在磁場(chǎng)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(guò)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(guò)中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動(dòng) 一次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

7、；線圈平 面與磁場(chǎng)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(shì)最大，也可以這樣認(rèn)為，線圈 處于豎直位置時(shí)，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(chǎng)中，能在線圈中產(chǎn)生交變 電流的是() 514 A將線圈水平向右勻速拉出磁場(chǎng) B使線圈以O(shè)O為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) C使線圈以ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) D磁場(chǎng)以BB0sin t規(guī)律變化 【解析】將線圈向右勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程 中磁通量勻速減小，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小不 變，A錯(cuò)誤線圈繞垂直于磁感線方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)磁通量發(fā)生周期性變化，因此產(chǎn)生交變電流， B、C正確如果磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎn) 生交變電流 【答案】BCD 學(xué)生分組探究二交變電流的瞬時(shí)值、峰值 表達(dá)式 第1步探究分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 1從不同位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，交變電流的最大值 和瞬時(shí)值是否相同？ 【提示】從不同位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，交變電流 的最大值是相同的，瞬時(shí)值不同 2線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)至如圖515位置 時(shí)，哪些邊上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？ 圖515 【提示】AD、BC邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1瞬時(shí)值表達(dá)式的推導(dǎo) 圖516 若線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖516 所示，則經(jīng)過(guò)時(shí)間t： 上面各式中的e、i、u僅限于從中性面開(kāi)始計(jì) 時(shí)的情況若從垂直于中性面(即從

9、線圈平面與磁 場(chǎng)平行時(shí))開(kāi)始計(jì)時(shí)，則上述表達(dá)式應(yīng)為eEmcos t，iImcos t，uUmcos t. 計(jì)算峰值與瞬時(shí)值應(yīng)注意的問(wèn)題 1交流電動(dòng)勢(shì)的峰值EmnBS，由線圈匝 數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和線圈面積S決 定，與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無(wú)關(guān) 2理解交變電流的瞬時(shí)值，要處理好兩個(gè)關(guān) 系：一是數(shù)、形、位的關(guān)系(即函數(shù)、圖象、線圈 位置三者之間的關(guān)系)；二是數(shù)、理關(guān)系(數(shù)學(xué)表 達(dá)式、物理意義兩者之間的關(guān)系) 第3步例證典例印證，思維深化 圖517 有一個(gè)10匝正方形線框，邊長(zhǎng)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(zhuǎn)動(dòng)，如圖517所示，垂直于線框

10、平面向 里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T問(wèn)： (1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動(dòng)勢(shì)最大值、電 流最大值分別是多少？ (2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的瞬時(shí)值是多大？ (3)寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式 ( 2 ) 線 框 轉(zhuǎn) 過(guò) 6 0 時(shí) ， 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) e Emsin605.44 V. (3)由于線框轉(zhuǎn)動(dòng)是從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)的，所 以瞬時(shí)值表達(dá)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(dòng)勢(shì)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(kāi)始計(jì)時(shí)，以確 定瞬

11、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(shì)的峰值EmNBS. 4寫(xiě)出瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin t或eEmcos t. 第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 圖518 1如圖518所示，邊長(zhǎng)為a的單匝正方形 線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以O(shè)O邊為 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直， 線圈電阻為R，求： 【解析】(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值 EmBa2，因從垂直于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，故表達(dá) 式為余弦式，即eBa2cos t. (2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)/2過(guò)程中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電 流的平均值分別為 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的大??； (

12、3)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式 【解析】計(jì)時(shí)起點(diǎn)為中性面，因此交變電 流的瞬時(shí)值表達(dá)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(wèn)題的應(yīng)用 正弦式交變電流隨時(shí)間變化情況可以從圖象 上表示出來(lái)，圖象描述的是交變電流隨時(shí)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(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流 均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性 面的時(shí)刻 3找出線圈平行于磁感線的時(shí)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(shí)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(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng) 可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，為交流電流 表線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸OO沿逆時(shí)針?lè)?向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變 電流隨時(shí)間變化的圖象如圖5110乙所示以下 判斷正確的是() A通過(guò)電阻R的電流的最大值為10 A B線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50 rad/s C0.01 s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行 D0.02 s時(shí)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(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)始 計(jì)時(shí)時(shí)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(guān)交變電流的圖象問(wèn)題時(shí)