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(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識,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(qiáng),垂直于磁場,(2)過程分析，如圖511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(yīng)電動勢、感應(yīng)電流具有怎樣的特點(diǎn)？ 【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(yīng)電動勢和感應(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，產(chǎn)生的電流也最大( ) 3交流電源沒有正負(fù)極之分( ),1瞬時值表達(dá)式：電動勢：e_，電壓：u_，電流i_ 2峰值：表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動勢、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(dá)式與開始計時的位置無關(guān)( ),預(yù)習(xí)完成后，請把你認(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間做正弦規(guī)律變化，線圈在勻強(qiáng)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(yīng)電動勢、感應(yīng)電流各有什么特點(diǎn)？ 【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(yīng)電動勢、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，穿過線圈的磁通量、磁通量的變化率、感應(yīng)電動勢、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，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動勢、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)如圖512所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(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(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，線圈處于中性面時磁通量最大，磁通量變化率最小，感應(yīng)電動勢最小；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(yīng)電動勢最大,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)如圖513所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個實(shí)驗，正確的說法是( ) 圖513,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(yīng)電流 C圖示位置ab邊的感應(yīng)電流方向為ab 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(yùn)動，由右手定則，ab邊的感應(yīng)電流方向為ab；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(rèn)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514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( ) 514 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BB0sin t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(yīng)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(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515位置時，哪些邊上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢？ 圖515 【提示】 AD、BC邊產(chǎn)生感應(yīng)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(dá)式的推導(dǎo) 圖516 若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，如圖516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(dá)式應(yīng)為eEmcos t，iImcos t，uUmcos t.,計算峰值與瞬時值應(yīng)注意的問題 1交流電動勢的峰值EmnBS，由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動角速度和線圈面積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(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10匝正方形線框，邊長為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，如圖517所示，垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(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(yīng)電動勢的瞬時值是多大？ (3)寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達(dá)式,(2)線框轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢eEmsin605.44 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(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),求解交變電動勢瞬時值表達(dá)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(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)動的角速度 3確定感應(yīng)電動勢的峰值EmNBS. 4寫出瞬時值表達(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)磁場中，以O(shè)O邊為軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為，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(yīng)電動勢的峰值EmBa2，因從垂直于中性面開始計時，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)電動勢和感應(yīng)電流的平均值分別為,(1)感應(yīng)電動勢的最大值； (2)線框轉(zhuǎn)動的角速度的大小； (3)線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式,【解析】 計時起點(diǎn)為中性面，因此交變電流的瞬時值表達(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因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢、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間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)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)動的角速度為50 rad/s C0.01 s時線圈平面與磁場方向平行 D0.02 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，要注意從圖象中找出兩個特殊位置所對的時刻,再演練應(yīng)用 (多選)(2014錦州高二期末)一個矩形線圈在勻強(qiáng)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5111所示，則下列說法中正確的是( ) 圖5111,At0.01 s時刻的變化率達(dá)最大 Bt0.02 s時刻感應(yīng)電動勢達(dá)到最大 Ct0.03 s時刻感應(yīng)電動勢為零 D每當(dāng)變換方向時，線圈中的感應(yīng)電動勢都為最大,【答案】 AD,