2018-2019學年高中物理 第二章 交變電流 1 交變電流課件 教科版選修3-2.ppt

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1、1 交變電流,第二章 交變電流,學習目標,知識探究,典例精析,達標檢測,1.會觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和正弦交變電流的概念. 2.理解交變電流的產(chǎn)生過程，會分析電動勢和電流方向的變化規(guī)律. 3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流的瞬時值、峰值的物理含義.,一、對交變電流的認識,,答案,(1)把圖1所示電路接在干電池的兩端時，可以觀察到什么現(xiàn)象？,答案 當接在干電池兩端時，只有一個發(fā)光二極管會亮.,,知識探究,,,導學探究,(2)把圖1中電路接在手搖式發(fā)電機兩端時，又會觀察到怎樣的現(xiàn)象？并解釋看到的現(xiàn)象.,答案 當接在手搖式發(fā)電機兩端時，兩個發(fā)光二極管 間或的閃亮，原

2、因是發(fā)電機產(chǎn)生與直流不同的電流，兩個發(fā)光二極管一會兒接通這一個，一會兒再接通另外一個，電流方向不停地改變.,圖1,對交變電流的認識 (1)交變電流：大小和方向隨時間作 變化的電流叫交變電流，簡稱 . (2) 不隨時間變化的電流稱為直流. 、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流. 注意：對直流電流和交變電流的區(qū)分主要是看電流 是否變化. (3)正弦交變電流：電流隨時間按 規(guī)律變化的交變電流叫正弦交變電流，簡稱 .,,,知識梳理,周期性,交流電,大小,方向,正弦函數(shù),正弦交流電,,答案,方向,如圖所示，屬于交流電的是( ),,,即學即用,C,,解析 方向隨時間作周期性變化是

3、交變電流最重要的特征.A、B、D三項所示的電流大小隨時間作周期性變化，但其方向不變，不是交變電流，它們所表示的是直流電. C選項中電流的方向隨時間作周期性變化，故選C.,解析答案,二、正弦交變電流的產(chǎn)生,假定線圈繞OO′軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖2甲至丁所示.請分析判斷：,,,導學探究,圖2,(1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向的變化情況.,,答案,答案,(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當產(chǎn)生的感應電動勢有最大值和最小值時線圈分別在什么位置？,,答案,答案 線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時線圈中沒有電流，感應電動勢為零，此時線圈所處的平面稱為中性面.線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的電流最大，感應電動勢最大.,

4、正弦交變電流的產(chǎn)生條件及中性面的特點 (1)正弦交變電流的產(chǎn)生條件：將閉合矩形線圈置于 磁場中，并繞 方向的軸 轉(zhuǎn)動. (2)中性面：線圈平面與磁感線 時的位置. ①線圈處于中性面位置時，穿過線圈的Φ ，但線圈中的電流為 (填“最大”或“零”). ②線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈中感應電流的方向都要改變.線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向改變 次.,,,知識梳理,勻強,垂直磁場,,勻速,答案,垂直,最大,零,兩,(多選)當交流發(fā)電機的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時，下列說法中正確的是( ) A.電流將改變方向 B.磁場方向和線圈平面平行 C.線圈的磁通量最大 D.線圈產(chǎn)生的感應電動勢最

5、大,,解析答案,,,即學即用,解析 當線圈平面與中性面重合時，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應電動勢為零，電流將改變方向，故選A、C.,AC,三、正弦交變電流的描述,如圖3是圖2中線圈ABCD在磁場中繞軸OO′轉(zhuǎn)動時的截面圖.線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為ω.經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，AB邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt.設AB邊長為L1，BC邊長為L2，線圈面積S＝L1L2，磁感應強度為B，則：,,,導學探究,圖3,(1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應電動勢各為多大？,,答案,答案 甲：eAB＝0,(2)甲、乙、丙中整個線圈中的感應電動勢各為多大？,,答案,答案

6、 整個線圈中的感應電動勢由AB和CD兩部分組成，且eAB＝eCD，所以 甲：e＝0 乙：e＝eAB＋eCD＝BSωsin ωt 丙：e＝BSω,(3)若線圈有n匝，則甲、乙、丙中整個線圈的感應電動勢各為多大？,,答案,答案 若線圈有n匝，則相當于n個完全相同的電源串聯(lián)，所以 甲：e＝0 乙：e＝nBSωsin ωt 丙：e＝nBSω,交變電流的瞬時值及峰值. (1)正弦交變電流電動勢的瞬時值表達式： ①當從中性面開始計時：e＝ . ②當從與中性面垂直的位置開始計時：e＝ . (2)正弦交變電流電動勢的峰值表達式： Em＝ 與線圈的形狀 ，與轉(zhuǎn)動軸的位置 .(填“有關”或“無關

7、”),,,知識梳理,Emsin ωt,Emcos ωt,,答案,nBSω,無關,無關,A.磁通量和感應電動勢都在變大 B.磁通量和感應電動勢都在變小 C.磁通量在變小，感應電動勢在變大 D.磁通量在變大，感應電動勢在變小,線框在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(由上向下看是逆時針方向)，當轉(zhuǎn)到如圖4所示位置時(0＜θ＜90)，磁通量和感應電動勢大小的變化情況是( ),,答案,,,即學即用,,D,返回,圖4,例1 矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是 ( ) A.當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大 B.當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也

8、為零 C.每當線框經(jīng)過中性面時，感應電動勢或感應電流的方向就改變一次 D.線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零,一、交變電流的產(chǎn)生,,典例精析,,歸納總結(jié),解析答案,解析 線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應電動勢等于零，也應該知道此時穿過線框的磁通量的變化率等于零，感應電動勢或感應電流的方向也就在此時刻發(fā)生變化.線框垂直于中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應電動勢最大，也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項正確. 答案 CD,,

9、歸納總結(jié),歸納總結(jié),,,例2 有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為20 cm，線圈 總電阻為1 Ω，線圈繞OO′軸以10π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動， 如圖5所示，勻強磁場的磁感應強度為0.5 T，問：,二、交變電流的變化規(guī)律,,圖5,(1)該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值、電流的峰值分別是多少；,,解析答案,,答案 6.28 V 6.28 A,,(2)若從中性面位置開始計時，寫出感應電動勢隨時間變化的表達式；,解析答案,解析 從中性面位置開始計時，感應電動勢的瞬時值表達式為e＝Emsin ωt＝6.28sin (10πt) V. 答案 e＝6.28sin (10πt) V,,(3)線圈從

10、中性面位置開始，轉(zhuǎn)過30時，感應電動勢的瞬時值是多大.,解析答案,解析 線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)過30時，感應電動勢為 e＝Emsin 30≈3.14 V. 答案 3.14 V,總結(jié)提升,總結(jié)提升,,1.求交變電流瞬時值的方法： (1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計時； (2)確定表達式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)； (3)確定轉(zhuǎn)動的角速度ω＝2πn(n的單位為轉(zhuǎn)/秒)、峰值Em＝NBSω； (3)寫出表達式，代入角速度求瞬時值.,,總結(jié)提升,,2.線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦交變電流，產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無關.如圖6所示，若線圈的面積與例2中題圖所示線圈面積相同，則答案完全相同.,圖6,例3

11、 處在勻強磁場中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t＝0時刻，線圈平面與紙面重合，如圖7所示，線圈的cd邊離開紙面向外運動.若規(guī)定沿a→b→c→d→a方向的感應電流為正，則圖中能反映線圈中感應電流i隨時間t變化的圖像是( ),三、交變電流的圖像,圖7,,解析答案,技巧點撥,返回,解析 線圈在磁場中從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電.對于圖示起始時刻，線圈的cd邊離開紙面向紙外運動，速度方向和磁場方向垂直，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大；用右手定則判斷出電流方向為逆時針方向，與規(guī)定的正方向相同，所以C對. 答案 C,,技巧點撥,,技巧

12、點撥,,1.從中性面開始計時是正弦曲線，從垂直中性面開始計時是余弦曲線. 2.由楞次定律或右手定則判斷感應電流的方向.,返回,1.(多選)如圖所示的圖像中屬于交變電流的有( ),,達標檢測,1,2,3,4,,解析答案,解析 選項A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流，但不是正弦交變電流； 選項D中e的方向未變化，故是直流.,ABC,,答案,2.(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有( ),1,2,3,4,BCD,3.(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖8所示，下列結(jié)論正確的是( ),1,2,3,4,圖8,,解析答案,A.在t＝0.1 s和t＝0.3 s時，電動勢最大 B.在t＝0.2 s和t＝0.4 s時，電動勢改變方向 C.電動勢的最大值是157 V D.當t＝0.4 s時，磁通量變化率達到最大,,1,2,3,4,,1,2,3,4,圖9,(1)若從線圈的中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；,,1,2,3,4,解析答案,解析 n＝300 r/min＝5 r/s，因為線圈從中性面開始計時，并且求的是瞬時值，故e＝Emsin ωt＝nBS2πnsin (2πnt)＝50sin (10πt) V 答案 e＝50sin (10πt)V,,,1,2,3,4,解析答案,,返回,