2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第1節(jié) 交變電流教學(xué)案 教科版選修3-2

1、第1節(jié)交流電流1.交流電流是指大小和方向隨時(shí)周期性變化的電流。2.隨著時(shí)間的變化，根據(jù)正弦規(guī)律變化的交流電流稱為正弦交流電流。3.線圈在磁場(chǎng)中圍繞與磁場(chǎng)垂直的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生正弦交流電流。4.正弦交流電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Ems in t，u=Um sin t，I=Imsin t，表達(dá)式的em，Um，im表示交流電流的最大值。一、交流電流1.恒定電流和交流電流(1)恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流。(2)交流電流：大小和方向隨時(shí)周期性變化的電流，簡(jiǎn)稱交流。(3)正弦交流電流：根據(jù)正弦函數(shù)的規(guī)律，電流隨時(shí)間變化的交流電流，稱為正弦交流。2.交流電流圖像(1)波形圖：電流或電壓隨

2、時(shí)間變化的圖像。(2)觀察方法：用示波器觀察。(3)典型交流電流的波形圖：圖211二、正弦交流電流的產(chǎn)生和表達(dá)1.正弦交流電流生成(1)生成方法：封閉線圈在均勻磁場(chǎng)中繞與磁場(chǎng)方向垂直的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)。(2)創(chuàng)建流程分析：倫茨定律說(shuō)明了線圈旋轉(zhuǎn)一周的情況，如圖212所示。圖212正弦交流電流的函數(shù)表示和圖像電動(dòng)勢(shì)電壓表電流函數(shù)E=EMS in tU=umsin _ tI=imsin _ t圖像表達(dá)式中的Em、Um和Im分別是電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流的最大值，而E、U和I是瞬時(shí)值。3.中性面當(dāng)T=0時(shí)，會(huì)偵測(cè)到傳輸力E=0牙齒。在牙齒情況下，線框所在的平面稱為中性面。1.自主事故判定(1)只要線圈在磁

3、場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生交流電流。（）(2)線圈磁通量最大時(shí)產(chǎn)生的電流也最大。（）(3)線圈平面垂直于磁場(chǎng)時(shí)，線圈沒(méi)有電流。()(4)正弦交流電流的瞬時(shí)值時(shí)時(shí)刻刻變化。()(5)封閉線圈在均勻磁場(chǎng)中圍繞平行于磁場(chǎng)方向的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生正弦交流電。（）(6)教室的照明電路使用正弦電流。()合作探索次會(huì)議(1)如何區(qū)分直流和交流電流？提示：區(qū)分直流和交流電流的依據(jù)取決于電流的方向是否隨時(shí)間而變化。(2)矩形線圈必須在均勻磁場(chǎng)中以恒定速度旋轉(zhuǎn)，才能產(chǎn)生交流電嗎？(？提示：矩形線圈在均勻磁場(chǎng)中以恒定速度旋轉(zhuǎn)只是產(chǎn)生交流電流的一種茄子方法，不是唯一的方法。任意形狀的平面線圈在均勻磁場(chǎng)中圍繞垂直于磁場(chǎng)方

4、向的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生交流電流。(3)正弦交流電流的最大值與線圈的形狀、軸的位置有關(guān)嗎？提示：交變傳動(dòng)力的最大值由線圈圈選手N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、旋轉(zhuǎn)角速度和線圈面積S確定，無(wú)論線圈的形狀如何，均由軸的位置確定。如圖(A)、(B)、(C)所示，如果N、B、S、相同，則傳動(dòng)力的最大值相同。交流電流的概念是(多重選取)下列影像中，屬于AC的影像為()分析判斷電流是交流電還是直流電取決于方向是否改變。在選項(xiàng)D中，大小隨時(shí)間變化，但方向不變，因此是DC。在選項(xiàng)a、b和c中，e的方向都發(fā)生了變化，屬于交流電源?；卮?ABC(1)方向不變的電流是直流電，恒定電流是直流電之一。(2)只要電流的方向定期變化

5、，即交流電流，與電流是否發(fā)生大小變化無(wú)關(guān)。1.交流電流是()A.矩形線圈圍繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸在均勻磁場(chǎng)中以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電流B.根據(jù)正弦定律變化的電流C.大小隨時(shí)間定期變化的電流D.方向隨時(shí)間定期變化的電流解決方法：如果選擇D，則隨時(shí)間定期變化的電流是交流電流。2.(多選)交流電流和直流電流的說(shuō)法中正確的是()A.電流大小定期變化，必須是交流電流B.DC的大小可以改變，但方向不能改變C.交流電流必須根據(jù)正弦或余弦定律變化。D.交流電流的最大特點(diǎn)是電流的方向發(fā)生周期性的變化分析：選擇BD直流的特點(diǎn)是電流方向不變，交流的特點(diǎn)是電流方向的周期性變化。此外，交流電流不一定是正弦交流或馀弦交流。

6、3.(多選)以下是屬于交流電流的()解決方法：選擇BC知道，通過(guò)交流電流的定義，只有方向周期性變化的電流是交流電流，選項(xiàng)A，D的電流方向總是不變的，不是交流電流。正弦交流電流的瞬時(shí)值和最大值1.矩值表達(dá)式派生螺旋平面開(kāi)始在中性面上旋轉(zhuǎn)時(shí)，在時(shí)間T之后，如圖213所示：圖213(1)線圈旋轉(zhuǎn)的角度為t。(2)ab邊的線速度和磁感線方向的角度= T(3)ab側(cè)旋轉(zhuǎn)的線速度大小：V= r=。(4)ab邊產(chǎn)生的柔道電動(dòng)勢(shì)：Eab=eab=BLabvsin =sin t(5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的柔道電動(dòng)勢(shì)：e=ea b ECD=2 eab=bs sin t，如果線圈為n轉(zhuǎn)，則e=nbs sin T2.最大值(

7、1) E=由NBS SIN T表示的最大傳動(dòng)力em=NBS 。(2)交變傳動(dòng)力的最大值由線圈圈選手N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈面積S和旋轉(zhuǎn)角速度確定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與軸的位置無(wú)關(guān)，因此圖214所示的幾個(gè)茄子中，如果N、B、S、相同，則傳動(dòng)力的最大值相同。圖214電流，電壓瞬時(shí)值如果線圈向外部電阻R供電，則線圈等同于電源，線圈本身的電阻為R，由閉合電路歐姆決定。法律：(1)線圈的電流I=sin t，I=imsin t。(2)R的雙端電壓可記錄為u=IR=rims in t=um sin t。特別通知在垂直中性面上旋轉(zhuǎn)時(shí)，正弦為馀弦，即E=EMCOS T，對(duì)應(yīng)的I=IMCOS T，U=UMCOS T

8、，通常也稱為正弦交流電流。4.兩個(gè)特殊位置的物理量比較中性面中性面的垂直面位置線圈平面垂直于磁場(chǎng)線圈平面與磁場(chǎng)平行磁通最大值零磁通變化率零最大值感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)零最大值感應(yīng)電流零最大值電流方向變更不變是正方形線圈的匝數(shù)為10圈，邊長(zhǎng)為20厘米，線圈總電阻為1，線圈以10 rad/s的角速度圍繞OO 軸旋轉(zhuǎn)。如圖215所示，均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T。圖213(1)牙齒線圈產(chǎn)生的交流電流電動(dòng)勢(shì)的最大值和電流的最大值分別是多少？(2)在中性曲面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)后，創(chuàng)建檢測(cè)傳動(dòng)力隨時(shí)間變化的表達(dá)式。(3)線圈從中性面位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)30度時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬間值是多少？事故點(diǎn)(1)線圈在均勻磁場(chǎng)中圍繞與磁場(chǎng)垂

9、直的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大em=nbs omega。(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬間值表示式與起始計(jì)時(shí)位置相關(guān)，并且在中性面上開(kāi)始計(jì)時(shí)E=EMS in T分析 (1)交流電流電動(dòng)勢(shì)的最大值為em=nbs=100 . 50 . 2210v6.28v電流的最大值為im=6.28 a。(2)在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)。檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=EMS int10 t v(3)線圈在中性面位置旋轉(zhuǎn)30以檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)e=EMS in 303.14v?；卮?1)6.28v 6.28 a(2)e=6.28 sin 100 ST v(3)3.14v(1)在寫電動(dòng)勢(shì)E的瞬間值表達(dá)式中，表達(dá)式e=EMS in t和e=

10、emcos t容易混淆。根據(jù)線圈在初始時(shí)刻的位置，必須確定初始瞬間電動(dòng)勢(shì)是最大值還是0。(2)旋轉(zhuǎn)速度N不能被看作角速度。如果N個(gè)單位為旋轉(zhuǎn)/秒，=2 n，如果N個(gè)單位為旋轉(zhuǎn)/分時(shí)，=。1.(多選)當(dāng)矩形線框垂直于均勻磁場(chǎng)，圍繞線框平面內(nèi)的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交流電流A.線框在中性面上時(shí)，線框中的柔道傳動(dòng)力最大B.如果通過(guò)線框的磁通量為零，則線框的柔道電動(dòng)勢(shì)也為零C.只要線框通過(guò)中性面，檢測(cè)電流的方向就會(huì)改變一次D.線框垂直于中性面時(shí)，線框中的柔道電動(dòng)勢(shì)最大分析：當(dāng)選定的CD線框位于中性面上時(shí)，線框平面垂直于磁感應(yīng)線，通過(guò)線框的磁通量最大，但在磁感應(yīng)善意兩側(cè)切割的速度與磁感應(yīng)線平行。也就

11、是說(shuō)，它不會(huì)切斷磁感應(yīng)線，因此電動(dòng)勢(shì)等于0，感應(yīng)電流的方向會(huì)變更。線框平面垂直于中性面時(shí)，通過(guò)線框的磁通量為零，但切割磁力線的兩側(cè)垂直切割，有效切割速度最快，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，因此C，D選項(xiàng)是正確的。2.如圖216所示，當(dāng)一個(gè)線圈在均勻磁場(chǎng)中以恒定速度旋轉(zhuǎn)通過(guò)圖位置時(shí)()圖216A.通過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大B.通過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最大C.通過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率最小D.通過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最小解析：圖中顯示了選取A，其螺旋平面必須平行于磁感應(yīng)線，且位于與中性面互垂的平面上。在牙齒情況下，通過(guò)線圈的磁通量最小，磁通量的變化率最大小，因

12、此A選項(xiàng)是正確的。3.當(dāng)矩形線圈在均勻磁場(chǎng)中以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為50 V，當(dāng)牙齒線圈從圖217所示的位置旋轉(zhuǎn)到30時(shí)，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為()。圖217A.50v b.25vC.25v d.10v解決方案：如果選擇B矩形線圈，則從圖標(biāo)位置開(kāi)始時(shí)間旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=50 COS T V，因此如果線圈旋轉(zhuǎn)30，則線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為50 COS 30V=25V，選項(xiàng)B正確。交流電流圖像問(wèn)題隨著時(shí)間的推移，交流電流的變化規(guī)律不再是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，所以使用圖像進(jìn)行分析比單純使用代數(shù)的方法更加簡(jiǎn)單直觀。1.如圖218所示，在交流電流的et圖像中，可以確定以下數(shù)量：圖2

13、18(1)可以讀取電動(dòng)勢(shì)的最大Em。(2)根據(jù)線圈移動(dòng)到中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)為零的特征，確定線圈在中性面上的瞬間，確定其瞬間，確定磁通量最大的瞬間和磁通量變化率最小的瞬間。(3)根據(jù)線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大特征，可以確認(rèn)線圈垂直于中性面的瞬間，即磁通量為零的瞬間和磁通量變化率最大的瞬間。(4)可以確定某一時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)的大小和某一時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)的變化趨勢(shì)。2.交流電流的電壓或電流變化的速度(變化率)，等于圖表中瞬時(shí)切線的斜率，不同于電壓或電流瞬時(shí)值的大小。瞬時(shí)值最大時(shí)，變化率最小(等于0)。如果瞬間值為0，則變化率正好是最大的。在具體問(wèn)題上，要確定與哪些楊怡即時(shí)值相關(guān)，與哪些楊怡變化率相關(guān)。是(多選

14、)垂直于均勻磁場(chǎng)，圍繞線圈平面內(nèi)的固定軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)的矩形線圈。線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間T變化的規(guī)律如圖219所示，以下表達(dá)正確()圖219A.線圈平面平行于磁場(chǎng)方向時(shí)，計(jì)時(shí)開(kāi)始B.在t1和T3時(shí)間通過(guò)線圈的磁通量為零C.t1和T3時(shí)間通過(guò)線圈的磁通量變化率為零D.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的方向變化時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量最大想法撥號(hào)回答牙齒問(wèn)題時(shí)，必須了解以下兩個(gè)茄子事項(xiàng)。(1)線圈旋轉(zhuǎn)過(guò)程中幾個(gè)茄子特殊位置的特性。(2)磁通、磁通變化率、柔道電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流之間的關(guān)系。從解析問(wèn)題圖中可以看出，T=0時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，通過(guò)線圈的磁通量變化率最大，磁通量為零。也就是說(shuō)，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。選

15、項(xiàng)A正確。T1，T3瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，通過(guò)線圈的磁通量變化率為0，磁通量最大，選項(xiàng)B誤差，C正確。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的方向變化時(shí)，線圈通過(guò)中性面，通過(guò)線圈的磁通量最大，選項(xiàng)D正確。回答 ACD交流電流視頻問(wèn)題分析方法(1)看清雙軸物理量的物理意義，區(qū)分是什么樣的形象。(2)分析牙齒表示“傾斜”、“節(jié)距”、“點(diǎn)”的物理意義。(3)把握“畫與畫”、“畫與風(fēng)格”和“畫與物”之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.(多選擇)矩形線圈的匝數(shù)為50，圖2110示出了在均勻磁場(chǎng)中圍繞與磁場(chǎng)方向垂直的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的模式。以下結(jié)論正確的是()圖2110A.在t=0.1s和t=0.3s時(shí)，傳動(dòng)力最大B.在

16、t=0.2s和t=0.4s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)方向會(huì)發(fā)生變更C.電動(dòng)勢(shì)的最大值為157 VD.t=0.4s時(shí)磁通量變化率最大，為3.14 Wb/s解決方案：選擇CD在T=0.1S和T=0.3S時(shí)通過(guò)螺旋的磁通量最大，但更改率為零，傳動(dòng)力為零，選項(xiàng)A無(wú)效。在T=0.2S和T=0.4S時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，傳動(dòng)力最大，傳動(dòng)力不變，選項(xiàng)B無(wú)效。電動(dòng)勢(shì)的最大em=nbs ， m=bs，=，em=500.2v=157v，選項(xiàng)c是正確的。T=0.4s時(shí)，磁通量變化率最大，=3.14wb/s，選項(xiàng)d正確。2.(多選)在均勻磁場(chǎng)中，矩形金屬線框繞與磁感應(yīng)線垂直的軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖2111甲

17、)。圖2111如果A.t=0.005s，則線框的磁通量變化率為0B.t=0.01s時(shí)，線框平面與中性面重合C.線框生成的交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為311 VD.線框生成的交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為622 V解決方案：選擇BC可以從問(wèn)題的圖像中看到。牙齒交替電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為E=311sin100T (V)。T=0.005S時(shí)，傳動(dòng)力最大，線框的磁通變化率最大，選項(xiàng)A無(wú)效。T=0.01S時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，通過(guò)線架構(gòu)的磁通量最大，線架構(gòu)平面與中性面重合，選項(xiàng)B正確。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311 V，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。3.如圖2112所示，虛線OO 的左側(cè)是垂直于紙面的均勻磁場(chǎng)，右側(cè)沒(méi)有磁場(chǎng)。單個(gè)旋轉(zhuǎn)矩形線圈A