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.ppt

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自主學習·基礎(chǔ)知識,合作探究·重難疑點,解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),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(chǎn)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(chǎn)生 (1)產(chǎn)生方法 閉合線圈在______磁場中繞____________的軸勻速轉(zhuǎn)動．,勻強,垂直于磁場,(2)過程分析，如圖5-1-1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，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(zhuǎn)一周有兩次經(jīng)過中性面，每轉(zhuǎn)一周電流方向改變一次．( ) 2．當線圈中的磁通量最大時，產(chǎn)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．,Emsinωt,Umsinωt,Imsinωt,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)律變化的電流．( ) 2．線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)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(guān)．( ),×,√,×,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,學生分組探究一 交變電流的產(chǎn)生過程 第1步探究——分層設(shè)問，破解疑難 1．正弦式交變電流有什么特點？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(zhuǎn)動，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，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】 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(zhuǎn)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(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,,,第3步例證——典例印證，思維深化 圖5-1-2 (2014·保定高二檢測)如圖5-1-2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(zhuǎn)軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)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(chǎn)生過程中各物理量變化情況的關(guān)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5-1-3所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個實驗，正確的說法是( ) 圖5-1-3,A．線圈每轉(zhuǎn)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a→b 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(zhuǎn)動時，在電路中產(chǎn)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(zhuǎn)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a→b；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(chǎn)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5-1-4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(chǎn)生交變電流的是( ) 5-1-4 A．將線圈水平向右勻速拉出磁場 B．使線圈以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動 C．使線圈以ab為軸勻速轉(zhuǎn)動 D．磁場以B＝B0sin ωt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(chǎn)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(zhuǎn)動時磁通量發(fā)生周期性變化，因此產(chǎn)生交變電流，B、C正確．如果磁感應強度發(fā)生周期性變化，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(shè)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(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)至如圖5-1-5位置時，哪些邊上產(chǎn)生感應電動勢？ 圖5-1-5 【提示】 AD、BC邊產(chǎn)生感應電動勢．,第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1．瞬時值表達式的推導 圖5-1-6 若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，如圖5-1-6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(即從線圈平面與磁場平行時)開始計時，則上述表達式應為e＝Emcos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt.,計算峰值與瞬時值應注意的問題 1．交流電動勢的峰值Em＝nBSω，由線圈匝數(shù)n、磁感應強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸的位置無關(guān)． 2．理解交變電流的瞬時值，要處理好兩個關(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)學表達式、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5-1-7 有一個10匝正方形線框，邊長為20 cm，線框總電阻為1 Ω，線框繞OO′軸以10π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖5-1-7所示，垂直于線框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(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)過60°時，感應電動勢e＝Emsin60°＝5.44 V. (3)由于線框轉(zhuǎn)動是從中性面開始計時的，所以瞬時值表達式為e＝Emsin ωt＝6.28sin 10πt(V)．,【答案】 (1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V (3)e＝6.28sin10πt(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(zhuǎn)動從哪個位置開始計時，以確定瞬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(zhuǎn)動的角速度． 3．確定感應電動勢的峰值Em＝NBSω. 4．寫出瞬時值表達式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt.,第4步巧練——精選習題，落實強化 圖5-1-8 1．如圖5-1-8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O(shè)O′邊為軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω，轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，線圈電阻為R，求：,【解析】 (1)線圈轉(zhuǎn)動中感應電動勢的峰值Em＝Bωa2，因從垂直于中性面開始計時，故表達式為余弦式，即e＝Bωa2cos ωt. (2)線圈轉(zhuǎn)過π/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(zhuǎn)動的角速度的大??； (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e＝Emsin ωt. 將已知條件代入得到,【答案】 (1)Em＝100 V (2)ω＝10π rad/s (3)e＝100sin(10πt) 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5-1-9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．分析判斷i、e隨時間的變化規(guī)律．,(多選)(2013·山東高考改編)圖5-1-10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(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖5-1-10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(zhuǎn)動的角速度為50π rad/s C．0.01 s時線圈平面與磁場方向平行 D．0.02 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(zhuǎn)動時，開始計時時線圈所處的位置不同，得到的i-t或e-t圖象也就不同； 2．分析有關(guān)交變電流的圖象問題時，要注意從圖象中找出兩個特殊位置所對的時刻．,[再演練應用] (多選)(2014·錦州高二期末)一個矩形線圈在勻強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 時間變化的圖象如圖5-1-11所示，則下列說法中正確的是( ) 圖5-1-11,A．t＝0.01 s時刻Φ的變化率達最大 B．t＝0.02 s時刻感應電動勢達到最大 C．t＝0.03 s時刻感應電動勢為零 D．每當Φ變換方向時，線圈中的感應電動勢都為最大,【答案】 AD,