人教版物理選修3-2全冊精品課件-第五章第一節(jié)

1、第五章交變電流第五章交變電流第一節(jié)交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是交變電流，以及它與直流電的區(qū)別2了解交流電的產(chǎn)生原理，會(huì)推導(dǎo)正弦式交流電的表達(dá)式3會(huì)用數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式和圖象描述交流電重點(diǎn)難點(diǎn)：1.正弦式交流電的表達(dá)式的推導(dǎo)2正弦式交流電的瞬時(shí)表達(dá)式與圖象目標(biāo)導(dǎo)航新知初探自主學(xué)習(xí)一、交變電流自主探究圖511中，A、B圖象所描述的電流的共同點(diǎn)是：電流的大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化；C、D圖象所描述的電流的共同點(diǎn)是：電流_不隨時(shí)間變化方向圖511成功發(fā)現(xiàn)1交變電流：_都隨時(shí)間做周期性變化的電流，稱為交變電流，簡稱交流(AC)2直流：方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流(DC)大小和方向二、交變電流的產(chǎn)生

2、自主探究如圖512所示，當(dāng)線圈沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，回答下列問題：圖512(1)線圈由甲位置轉(zhuǎn)到乙位置的過程中，AB邊中電流方向?yàn)閺腳到_，由丙位置轉(zhuǎn)到丁位置的過程中，AB邊中電流方向?yàn)閺腳到_(2)線圈轉(zhuǎn)到_和_位置時(shí)線圈中沒有電流；轉(zhuǎn)到_和_位置時(shí)電流最大成功發(fā)現(xiàn)1產(chǎn)生原理：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸_轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的是交變電流BAAB甲丙乙丁勻速2中性面：線圈與磁場方向_的位置線圈經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電流大小為_，_發(fā)生改變?nèi)⒔蛔冸娏鞯淖兓?guī)律1.正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式i_u_e_垂直零方向ImsintUmsintEmsint其中i、u、e分別表示電流、電壓、電動(dòng)勢的

3、_，Im、Um、Em分別表示電流、電壓、電動(dòng)勢的_2.正弦式交變電流的圖象：如圖513所示圖513瞬時(shí)值最大值3.幾種不同類型的交變電流實(shí)際應(yīng)用中，交變電流有不同的變化規(guī)律，常見的有以下幾種，如圖514所示圖514要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)1中性面及其垂直位置的特性比較中性面中性面的垂直位置圖示中性面中性面的垂直位置位置線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場平行磁通量最大零磁通量變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變(2012石家莊二中高二檢測)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是()A當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢最大B當(dāng)穿過線框的

4、磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢也為零C每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流方向就改變一次D線框經(jīng)過中性面時(shí)，各邊不切割磁感線例1【思路點(diǎn)撥】(1)線圈位于中性面時(shí)各邊不切割磁感線(2)線圈垂直于中性面時(shí)，兩邊切割磁感線的速度最大【精講精析】線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行,即不切割磁感線，所以電動(dòng)勢等于零，此時(shí)穿過線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流的方向在此時(shí)刻變化垂直于中性面時(shí)，穿過線框的磁通量為零，切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線垂直,有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢最大，此時(shí)穿過線框的磁通量

5、的變化率最大故C、D正確【答案】CD變式訓(xùn)練1.如圖515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515A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bD線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量變化率為零解析：選C.線圈在磁場中勻速轉(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)勢最大，

6、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要點(diǎn)2交變電流的變化規(guī)律分析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，則經(jīng)過時(shí)間t：特別提醒：(1)瞬時(shí)值表達(dá)式與開始計(jì)時(shí)的位置有關(guān)若線圈從中性面開始計(jì)時(shí)，eEmsint.若線圈從位于與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)，eEmcost.(2)峰值與開始計(jì)時(shí)的位置及線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間無關(guān)，與線圈形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān) 圖517有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為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517,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T，問：(1)該線圈產(chǎn)生的交

7、變電流電動(dòng)勢的峰值、電流的峰值分別是多少？(2)寫出感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的表達(dá)式(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過60時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值是多大？例2【思路點(diǎn)撥】先根據(jù)EmNBS計(jì)算電動(dòng)勢的最大值，再根據(jù)計(jì)時(shí)起點(diǎn)確定瞬時(shí)值表達(dá)式是eEmsint還是eEmcost.(2)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmcost6.28cos10t V.(3)線圈轉(zhuǎn)過60，感應(yīng)電動(dòng)勢eEmcos603.14 V.【答案】(1)6.28 V6.28 A(2)e6.28cos10t V(3)3.14 V【方法總結(jié)】求解交變電流瞬時(shí)值可分三步(1)確定線圈從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)，進(jìn)而確定表達(dá)式是正弦還是余弦形式；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)

8、的角速度及線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈面積S等；(3)根據(jù)EmnBS，求出最大值后按表達(dá)式eEmsint或eEmcost代入Em及的具體數(shù)值變式訓(xùn)練解析：選C.交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsint，其中EmNBS，當(dāng)加倍而S減半時(shí)，Em不變，故C正確要點(diǎn)3正弦式交變電流的圖象1.對交變電流圖象的認(rèn)識(shí)如圖518所示，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的電動(dòng)勢、電流、電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律，它們是正弦曲線 圖5182.交變電流圖象的應(yīng)用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、感應(yīng)電流均為零，磁通量最

9、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e、i、u隨時(shí)間的變化規(guī)律一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間的變化如圖519所示，下列說法中正確的是()At1時(shí)刻通過的磁通量為零Bt2時(shí)刻通過的磁通量的絕對值最大Ct3時(shí)刻通過的磁通量變化率的絕對值最大D每當(dāng)e變換方向時(shí)通過的磁通量的絕對值最大例3圖519【精講精析】因電動(dòng)勢按余弦規(guī)律變化，故初始時(shí)刻線圈處于垂直中性面的位置，至t1時(shí)刻恰好到達(dá)中性面，磁通量最大，A錯(cuò)；t2時(shí)刻又垂直中性面，磁通量為零，但其變化率最大,B錯(cuò)；t3時(shí)刻

10、又到達(dá)中性面，磁通量最大，但其變化率為零，C錯(cuò)；e變換方向時(shí)正是其大小為零時(shí)，也恰好是磁通量最大時(shí)【答案】D【方法總結(jié)】分析交變電流圖象時(shí)要注意一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(diǎn)”，并理解其物理意義一定要把圖象與線圈在磁場中的位置對應(yīng)起來二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系例如可借助磁通量的變化圖線與電動(dòng)勢的變化圖線是否是互余關(guān)系來分析問題三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷變式訓(xùn)練3.一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖5110甲所示，則下列說法中正確的是()圖5110At0時(shí)刻線圈平面與中性面垂直Bt0.01 s時(shí)刻的變化率達(dá)最大Ct0.02 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大D該線圈相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢圖象如題圖乙所示熱點(diǎn)示例創(chuàng)新拓展經(jīng)典案例(8分)如圖5111所示，勻強(qiáng)磁場的