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

自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)知識(shí),合作探究·重難疑點(diǎn),解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu),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，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,Umsint,Imsint,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(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)式與開始計(jì)時(shí)的位置無關(guān)( ),×,×,預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中,學(xué)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(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】 線圈位于中性面處時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，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90°時(shí)，穿過線圈的磁通量為零，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,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(shí)磁通量最大，磁通量變化率最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最?。痪€圈處于垂直于中性面位置時(shí)磁通量最小，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；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，破解疑難 1從不同位置開始計(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始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5­1­6所示，則經(jīng)過時(shí)間t：,上面各式中的e、i、u僅限于從中性面開始計(jì)時(shí)的情況若從垂直于中性面(即從線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí))開始計(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，垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T問：,(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60°時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值是多大？ (3)寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式,(2)線框轉(zhuǎn)過60°時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eEmsin60°5.44 V. (3)由于線框轉(zhuǎn)動(dòng)是從中性面開始計(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 V 6.28 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)位置開始計(jì)時(shí)，以確定瞬時(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始計(jì)時(shí)，故表達(dá)式為余弦式，即eBa2cos t. (2)線圈轉(zhuǎn)過/2過程中的感應(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?。?(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，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)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(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)交變電流的圖象問題時(shí)，要注意從圖象中找出兩個(gè)特殊位置所對(duì)的時(shí)刻,再演練應(yīng)用 (多選)(2014·錦州高二期末)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨 時(shí)間變化的圖象如圖5­1­11所示，則下列說法中正確的是( ) 圖5­1­11,At0.01 s時(shí)刻的變化率達(dá)最大 Bt0.02 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 Ct0.03 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 D每當(dāng)變換方向時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都為最大,【答案】 AD,