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??;線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,