202X屆高中物理第五章交變電流5.1交變電流課件新人教版選修3_2

1、1交變電流交變電流讀一讀思一思辨一辨議一議一、交變電流閱讀教材第31頁“交變電流”,掌握交變電流和直流的概念。1.什么是交變電流?答案:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。2.什么是直流?答案:方向不隨時(shí)間變化的電流。讀一讀思一思辨一辨議一議二、交變電流的產(chǎn)生閱讀教材第32頁“交變電流的產(chǎn)生”,初步掌握交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖,知道產(chǎn)生交變電流的原因。1.下圖是交流發(fā)電機(jī)的示意圖,K、L和E、F分別起什么作用?答案:K、L是滑環(huán),E、F是電刷,AB邊與滑環(huán)K相連接,CD邊與滑環(huán)L相連接,在線圈轉(zhuǎn)動時(shí)可以通過滑環(huán)與電刷保持與外電路的連接。讀一讀思一思辨一辨議一議2.在上圖交流發(fā)電機(jī)的示意圖中,哪

2、兩個(gè)邊切割磁感線產(chǎn)生電動勢?答案:AB邊和CD邊切割磁感線。3.當(dāng)線圈在磁場中的位置如何時(shí),線圈中電流最大或電流為零?答案:當(dāng)線圈與磁場垂直時(shí),電流為零;當(dāng)線圈與磁場平行時(shí),電流最大。讀一讀思一思辨一辨議一議三、交變電流的變化規(guī)律閱讀教材第3233頁“交變電流的變化規(guī)律”,知道交變電流的表達(dá)式,知道峰值的概念,知道正弦式交變電流的概念。1.什么是電動勢的峰值?答案:電動勢可能達(dá)到的最大值。2.什么是正弦式交變電流?答案:按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流,也叫正弦式電流。3.寫出正弦式交變電流的電動勢、電壓和電流的表達(dá)式?答案:e=Emsin t,u=Umsin t,i=Imsin t。

3、讀一讀思一思辨一辨議一議1.思考辨析。(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,就可以產(chǎn)生交變電流。 ()解析:如果線圈繞與磁場平行的軸轉(zhuǎn)動,則不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。答案:(2)當(dāng)線圈中的磁通量最大時(shí),產(chǎn)生的電流也最大。 ()解析:線圈與磁場平行時(shí),電動勢最大,此時(shí)磁通量為零。答案:(3)當(dāng)線圈平面與磁場垂直時(shí),線圈中沒有電流。 ()解析:線圈與磁場垂直時(shí),線圈中電流為零。答案:讀一讀思一思辨一辨議一議 (4)表達(dá)式為e=Emsin t的交變電流為正弦式交變電流,表達(dá)式為 的交變電流也是正弦式交變電流。 ()解析:按正弦函數(shù)變化規(guī)律變化的交變電流都是正弦式交變電流。答案:讀一讀思一思辨一辨議一議2.探究討論。(

4、1)交變電流的大小一定是變化的嗎?答案:交變電流的大小不一定變化,如方波式交變電流,其大小是不變的。(2)交變電流與直流的最大區(qū)別是什么?答案:交變電流與直流的最大區(qū)別在于交變電流的方向發(fā)生周期性變化,而直流的方向不變。(3)正弦式交變電流的表達(dá)式i=Imsin t,思考式中瞬時(shí)值i和最大值Im有什么區(qū)別?答案:瞬時(shí)值是某一時(shí)刻的電流,它是不斷變化的;最大值是一個(gè)變化周期中的最大值,是不變的。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生假定線圈沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲至丁所示。請分析判斷:探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析(1)圖中,在線圈

5、由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中,AB邊中電流向哪個(gè)方向流動?(2)在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中,AB邊中電流向哪個(gè)方向流動?(3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒有電流,轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中的電流最大?(4)大致畫出通過電流表的電流隨時(shí)間變化的曲線,從E經(jīng)過負(fù)載流向F的電流記為正,反之為負(fù)。在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁幾個(gè)位置時(shí)對應(yīng)的時(shí)刻。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析要點(diǎn)提示:(1)由B到A(2)由A到B(3)線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時(shí)線圈中沒有電流,稱為中性面。線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時(shí)線圈中的電流最大。(4)探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析1.中性面(SB位置;如問題導(dǎo)引圖

6、中的甲、丙)線圈平面與磁場垂直的位置,此時(shí)最大, 為0,e為0,i為0。線圈經(jīng)過中性面時(shí),電流方向發(fā)生改變,線圈轉(zhuǎn)一圈,電流方向改變兩次。2.垂直于中性面位置(SB位置,如問題導(dǎo)引圖中的乙、丁),此時(shí)為0, 最大,e最大,i最大。 穿過線圈平面的磁通量最大,感應(yīng)電動勢為零;穿過線圈平面的磁通量為零,感應(yīng)電動勢最大。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題1】 (多選)如圖所示,線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線圈平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生交變電流,則下列說法中正確的是()A.當(dāng)線圈位于中性面時(shí),線圈中感應(yīng)電流最大B.當(dāng)穿過線圈的磁通量為零時(shí),線圈中感應(yīng)電動勢最大C.線圈在磁場

7、中每轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向改變一次D.每當(dāng)線圈經(jīng)過中性面時(shí),感應(yīng)電流的方向就改變一次探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:線圈位于中性面時(shí),線圈平面與磁場垂直,此時(shí)磁通量最大,但是各邊都不切割磁感線,或者說磁通量的變化率為零,所以感應(yīng)電動勢為零。而穿過線圈的磁通量為零時(shí),切割磁感線的有效速度最大,磁通量的變化率最大,所以感應(yīng)電動勢最大,故選項(xiàng)A錯誤,B正確;線圈在磁場中每轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向改變兩次,選項(xiàng)C錯誤;很明顯選項(xiàng)D正確。答案:BD探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析歸納總結(jié)(1)對于交變電流產(chǎn)生過程中各物理量的變化情況分析,應(yīng)抓住中性面這個(gè)關(guān)

8、鍵位置,特別注意的是此時(shí)穿過線圈平面的磁通量雖最大,但磁通量的變化率卻最小,等于零,電動勢等于零,電流等于零。因此磁通量的變化規(guī)律與感應(yīng)電動勢(感應(yīng)電流)的變化規(guī)律恰好相反,一方增大時(shí)另一方恰好減小。(2)交變電流變化的周期等于線圈轉(zhuǎn)動的周期。線圈每經(jīng)過中性面一次,電流方向就改變一次,線圈每轉(zhuǎn)一周,經(jīng)過中性面兩次,因此線圈每轉(zhuǎn)一周,電流方向改變兩次。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1(多選)如圖所示,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,在線圈平面經(jīng)過中性面瞬間()A.線圈平面與磁感線平行B.通過線圈的磁通量最大C.線圈中的感應(yīng)電動勢最大D.線圈中感應(yīng)電動勢的方向突變

9、解析:根據(jù)中性面的定義,線圈平面經(jīng)過中性面瞬間,通過線圈的磁通量最大,線圈中的感應(yīng)電動勢為零,此后,感應(yīng)電動勢方向(即感應(yīng)電流方向)將與原方向相反。答案:BD探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析正弦式交變電流的變化規(guī)律正弦式交變電流的變化規(guī)律圖b是圖a中線圈ABCD在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時(shí)三個(gè)不同時(shí)刻的截面圖。線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度為,經(jīng)過時(shí)間t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是t,設(shè)AB邊長為L1,BC邊長為L2,線圈面積S=L1L2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則:探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析(1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢各為多大?(2)甲、乙、丙中整個(gè)線圈中的感

10、應(yīng)電動勢各為多大?(3)若線圈有N匝,則甲、乙、丙中整個(gè)線圈的感應(yīng)電動勢各為多大?探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析要點(diǎn)提示:(1)甲:eAB=0 (2)整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢由AB和CD兩部分組成,且eAB=eCD,所以甲:e=0乙:e=eAB+eCD=BSsin t丙:e=BS。(3)若線圈有N匝,則相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源串聯(lián),所以甲:e=0乙:e=NBSsin t丙:e=NBS。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析1.正弦式交變電流的表達(dá)式e=Emsin t,u=Umsin t,i=Imsin t,其中Em為最大值,也叫峰值。2.正弦式交變電流的峰值(1)

11、轉(zhuǎn)軸在線圈所在平面內(nèi)且與磁場垂直。當(dāng)線圈平面與磁場平行時(shí),線圈中的感應(yīng)電動勢達(dá)到峰值,且滿足Em=nBS。(2)決定因素:由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動角速度和線圈面積S決定,與線圈的形狀無關(guān),與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)。(3)如圖所示的幾種情況中,如果n、B、S均相同,則感應(yīng)電動勢的峰值均為Em=nBS。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題2】 如圖所示,勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)n=100,邊長lab=0.2 m,lbc=0.5 m,以角速度=100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動。試求:(1)感應(yīng)電動勢的峰值。(2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí),線圈

12、中瞬時(shí)感應(yīng)電動勢的表達(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 時(shí)刻的感應(yīng)電動勢大小。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:(1)由題可知,S=lablbc=0.20.5 m2=0.1 m2,感應(yīng)電動勢的峰值Em=nBS=1000.10.1100 V=100 V=314 V。(2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值e=Emsin t所以e=314sin(100t) V。(3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emcos t,代入數(shù)據(jù)得e=314cos(100t) V答案:(1)314 V(2)e=314sin(100

13、t) V(3)157 V探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析歸納總結(jié)寫瞬時(shí)值時(shí)必須明確是從中性面開始計(jì)時(shí),還是從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)。(1)從中性面開始計(jì)時(shí),e=Emsin t;(2)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí),e=Emcos t。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2 (多選)如圖所示,形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同,但面積均為S的單匝線圈處在同一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動,從圖示的位置開始計(jì)時(shí),則下列說法正確的是() A.感應(yīng)電動勢最大值相同B.感應(yīng)電動勢瞬時(shí)值不同C.感應(yīng)電動勢最大值、瞬時(shí)值都不同D.感應(yīng)電動勢最大值、瞬時(shí)

14、值都相同探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:感應(yīng)電動勢的最大值為Em=BS,A正確;感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值e=Emsin t與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān),圖中都以中性面位置計(jì)時(shí),故瞬時(shí)值相同,D正確,B、C錯誤。答案:AD探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析正弦式交變電流的圖象正弦式交變電流的圖象如圖所示,線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場中繞OO勻速轉(zhuǎn)動。若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動為計(jì)時(shí)起點(diǎn),角速度為。設(shè)線圈面積為S,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,圖(a)中各圖與(b)時(shí)間軸上各時(shí)刻對應(yīng),在圖(b)中作出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一周的過程中,感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖象。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師

15、精講典例剖析要點(diǎn)提示:如圖所示。 探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析2.從圖象中可以解讀到以下信息(1)交變電流的最大值Im、Em。(2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動勢、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)可找出線圈平行磁感線的時(shí)刻。(4)判斷線圈中磁通量的變化情況。(5)分析判斷i、e隨時(shí)間的變化規(guī)律。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題3】 線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示,由圖可知()A.在A、C時(shí)刻線圈處于中性面位置B.在B、D時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零C.

16、從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為D.若從0時(shí)刻到D時(shí)刻經(jīng)過0.02 s,則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變100次解析:A、C時(shí)刻感應(yīng)電流最大,線圈位置與中性面垂直,B、D時(shí)刻感應(yīng)電流為零,線圈在中性面,此時(shí)磁通量最大。從A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過角度為 。若從0時(shí)刻到D時(shí)刻經(jīng)過0.02 s,則T=0.02 s,則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變 2=100次,故D正確。答案:D探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析歸納總結(jié)解決圖象問題的基本方法一看:看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”。二變:掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通能力。三判斷:結(jié)合圖象和公式進(jìn)行正確分析和判斷。探

17、究一探究二探究三當(dāng)堂檢測問題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖甲所示。則下列說法正確的是 () A.t=0時(shí)刻,線圈平面與中性面垂直B.t=0.01 s時(shí)刻,的變化率最大C.t=0.02 s時(shí)刻,交流電動勢達(dá)到最大D.該線圈相應(yīng)產(chǎn)生的交流電動勢的圖象如圖乙所示解析:由題圖甲可知,t=0和t=0.02 s時(shí)刻,值最大,線圈平面恰在中性面位置,感應(yīng)電動勢為零,而-t圖象在t=0.01 s和t=0.03 s時(shí)刻切線的斜率最大,即的變化率最大,交流電動勢達(dá)到最大值。答案:B探究三當(dāng)堂檢測探究一探究二1231.(

18、交變電流的產(chǎn)生)如圖所示,一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場垂直的中心軸OO沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個(gè)半圓形銅環(huán)M和N相連。M和N又通過固定的電刷P和Q與電阻R相連。在線圈轉(zhuǎn)動過程中,通過電阻R的電流()A.大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化B.大小和方向都不隨時(shí)間做周期性變化C.大小不斷變化,方向總是PRQD.大小不斷變化,方向總是QRP解析:半圓環(huán)交替接觸電刷,從而使輸出電流方向不變,這是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)模型,由右手定則知,外電路中電流方向是PRQ。答案:C探究三當(dāng)堂檢測探究一探究二1232.(交變電流的圖象)如圖甲所示,一單匝矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中,并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸OO以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角=45時(shí)(如圖乙所示)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí),方向?yàn)檎t下列四幅圖中正確的是()探究三當(dāng)堂檢測探究一探究二123解析:由題圖乙看出,此時(shí)感應(yīng)電動勢不是最大值,也不是0,所以A、B項(xiàng)錯;從圖示位置轉(zhuǎn)至中性面的過程中,e減小,故C錯,D正確。答案:D探究三當(dāng)堂檢測探究一探究二1233.(交變電流的變化規(guī)律)如圖甲所示,矩形線圈匝數(shù)N=100,ab=30 cm,ad=20 cm,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)