202X學(xué)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

1、1交變電流第二章交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)探究典例精析達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.會(huì)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(guò)程，會(huì)分析電動(dòng)勢(shì)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(shí)值、峰值的物理含義.一、對(duì)交變電流的認(rèn)識(shí)答案(1)把圖1所示電路接在干電池的兩端時(shí)，可以觀察到什么現(xiàn)象？答案答案當(dāng)接在干電池兩端時(shí)，只有一個(gè)發(fā)光二極管會(huì)亮.知識(shí)探究導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(2)把圖1中電路接在手搖式發(fā)電機(jī)兩端時(shí)，又會(huì)觀察到怎樣的現(xiàn)象？并解釋看到的現(xiàn)象.答案答案當(dāng)接在手搖式發(fā)電機(jī)兩端時(shí)，兩個(gè)發(fā)光二極管間或的閃亮，原因是發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與直流不同的電流，兩

2、個(gè)發(fā)光二極管一會(huì)兒接通這一個(gè)，一會(huì)兒再接通另外一個(gè)，電流方向不停地改變.圖1對(duì)交變電流的認(rèn)識(shí)(1)交變電流：大小和方向隨時(shí)間作 變化的電流叫交變電流，簡(jiǎn)稱 .(2) 不隨時(shí)間變化的電流稱為直流. 、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流.注意：對(duì)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(shí)間按 規(guī)律變化的交變電流叫正弦交變電流，簡(jiǎn)稱 .知識(shí)梳理知識(shí)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下圖，屬于交流電的是()即學(xué)即用即學(xué)即用C解析方向隨時(shí)間作周期性變化是交變電流最重要的特征解析方向隨時(shí)間作周期性變化是交變電流最重要的特征.A、B、D三項(xiàng)三項(xiàng)所示的電流

3、大小隨時(shí)間作周期性變化，但其方向不變，不是交變電流，所示的電流大小隨時(shí)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它們所表示的是直流電.C選項(xiàng)中電流的方向隨時(shí)間作周期性變化，應(yīng)選選項(xiàng)中電流的方向隨時(shí)間作周期性變化，應(yīng)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(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖2甲至丁所示.請(qǐng)分析判斷：導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究圖2(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，線圈中的電流方向的變化情況.答案答案答案轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電流方向甲乙BADC乙丙BADC丙丁ABCD丁甲ABCD(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有最大值和最小值時(shí)線圈分別在什么位置？答案答案答案線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置

4、時(shí)線圈中沒(méi)有電流，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，此時(shí)線圈所處的平面稱為中性面.線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時(shí)線圈中的電流最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.正弦交變電流的產(chǎn)生條件及中性面的特點(diǎn)(1)正弦交變電流的產(chǎn)生條件：將閉合矩形線圈置于 磁場(chǎng)中，并繞 方向的軸 轉(zhuǎn)動(dòng).(2)中性面：線圈平面與磁感線 時(shí)的位置.線圈處于中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的，但線圈中的電流為 (填“最大或“零).線圈每次經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向都要改變.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變 次.知識(shí)梳理知識(shí)梳理勻強(qiáng)垂直磁場(chǎng)勻速答案垂直最大零兩(多項(xiàng)選擇)當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時(shí)，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A.電流將改變方向B.磁場(chǎng)方向

5、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(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大解析答案即學(xué)即用即學(xué)即用解析當(dāng)線圈平面與中性面重合時(shí)，磁通量最大，磁通量的變化率為零，解析當(dāng)線圈平面與中性面重合時(shí)，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電流將改變方向，應(yīng)選感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電流將改變方向，應(yīng)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(chǎng)中繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截面圖.線圈平面從中性面開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為.經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是t，AB邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于t.設(shè)AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，BC邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線圈面積SL1L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，那么：導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究圖3(1)甲、

6、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？答案答案答案甲：eAB0(2)甲、乙、丙中整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？答案答案整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由答案整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由AB和和CD兩局部組成，且兩局部組成，且eABeCD，所以所以甲：甲：e0乙：乙：eeABeCDBSsin t丙：丙：eBS(3)假設(shè)線圈有n匝，那么甲、乙、丙中整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？答案答案假設(shè)線圈有答案假設(shè)線圈有n匝，那么相當(dāng)于匝，那么相當(dāng)于n個(gè)完全一樣的電源串聯(lián)，所以個(gè)完全一樣的電源串聯(lián)，所以甲：甲：e0乙：乙：enBSsin t丙：丙：enBS交變電流的瞬時(shí)值及峰值.(1)正弦交變電流電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：

7、當(dāng)從中性面開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)：e .當(dāng)從與中性面垂直的位置開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)：e .(2)正弦交變電流電動(dòng)勢(shì)的峰值表達(dá)式：Em與線圈的形狀 ，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置 .(填“有關(guān)或“無(wú)關(guān))知識(shí)梳理知識(shí)梳理Emsin tEmcos t答案nBS無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)A.磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在變大B.磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在變小C.磁通量在變小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變大D.磁通量在變大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變小線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(由上向下看是逆時(shí)針?lè)较?，當(dāng)轉(zhuǎn)到如圖4所示位置時(shí)(090)，磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化情況是()答案即學(xué)即用即學(xué)即用D返回圖4例例1矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)

8、且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是變電流，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A.當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C.每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次D.線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，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)解析答案解析解析線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最

9、大，但此時(shí)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，也應(yīng)該知道此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)刻發(fā)生變化.線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，也可以說(shuō)此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項(xiàng)正確.答案答案CD歸納總結(jié)歸納總結(jié)例例2有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長(zhǎng)為20 cm，線圈總電阻為1 ，線圈繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T，問(wèn)：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

10、電動(dòng)勢(shì)的峰值、電流的峰值分別是多少；解析答案答案答案6.28 V6.28 A(2)假設(shè)從中性面位置開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)，寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式；解析答案解析從中性面位置開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為解析從中性面位置開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e eEmsin Emsin tt6.28sin (10t) V.6.28sin (10t) V.答案答案e e6.28sin (10t) V6.28sin (10t) V(3)線圈從中性面位置開(kāi)場(chǎng)，轉(zhuǎn)過(guò)30時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值是多大.解析答案解析線圈從中性面位置開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)解析線圈從中性面位置開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)3030時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e

11、eEmsin 30Emsin 303.14 V.3.14 V.答案答案3.14 V3.14 V總結(jié)提升 總結(jié)提升1.求交變電流瞬時(shí)值的方法：(1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)；(2)確定表達(dá)式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)；(3)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度2n(n的單位為轉(zhuǎn)/秒)、峰值EmNBS；(3)寫出表達(dá)式，代入角速度求瞬時(shí)值.總結(jié)提升 2.線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交變電流，產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無(wú)關(guān).如圖6所示，假設(shè)線圈的面積與例2中題圖所示線圈面積一樣，那么答案完全一樣.圖6例例3處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)邊轉(zhuǎn)

12、動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與方向平行于紙面并與ab邊垂直邊垂直.在在t0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，如圖時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，如圖7所示，線圈的所示，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng)邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng).假設(shè)規(guī)定沿假設(shè)規(guī)定沿abcda方向的感方向的感應(yīng)電流為正，那么圖中能反映線圈中感應(yīng)電流應(yīng)電流為正，那么圖中能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間隨時(shí)間t變化的圖像是變化的圖像是()三、交變電流的圖像圖7解析答案技巧點(diǎn)撥返回解析線圈在磁場(chǎng)中從圖示位置開(kāi)場(chǎng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變解析線圈在磁場(chǎng)中從圖示位置開(kāi)場(chǎng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電化的交流電. .對(duì)于圖示起始時(shí)刻，線圈的對(duì)于圖示起始時(shí)刻，線

13、圈的cdcd邊離開(kāi)紙面向紙外運(yùn)動(dòng)，速邊離開(kāi)紙面向紙外運(yùn)動(dòng)，速度方向和磁場(chǎng)方向垂直，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最大；用右手定那么判度方向和磁場(chǎng)方向垂直，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最大；用右手定那么判斷出電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍c規(guī)定的正方向一樣，所以斷出電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，與規(guī)定的正方向一樣，所以C C對(duì)對(duì). .答案答案C C技巧點(diǎn)撥技巧點(diǎn)撥1.從中性面開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)是正弦曲線，從垂直中性面開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)是余弦曲線.2.由楞次定律或右手定那么判斷感應(yīng)電流的方向.返回1.(多項(xiàng)選擇)如下圖的圖像中屬于交變電流的有( )達(dá)標(biāo)檢測(cè)解析答案解析解析選項(xiàng)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(xiàng)D中e的方向未變化，故是直流.ABC答案2.(多項(xiàng)選擇)以下各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有()BCD3.(多項(xiàng)選擇)矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖8所示，以下結(jié)論正確的選項(xiàng)是()圖8解析答案A.在t0.1 s和t0.3 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)最大B.在t0.2 s和t0.