学高中物理第节交变电流教科版选修.pptx

目标定位1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义.学案1交变电流知识探究自我检测1.把图1所示电路接在干电池的两端时，可以观察到什么现象？一、交变电流知识探究 问题设计图1答案当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮.2.把图1中电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？答案当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或的闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变.要点提炼1.大小和方向随时间作变化的电流叫交变电流，简称 .2.不随时间变化的电流称为直流.、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流 是否变化.周期性交流电方向大小方向二、正弦交变电流的产生和表述如图2所示是线圈ABCD在磁场中绕轴OO转动时的截面图.线圈平面从中性面开始转动，角速度为.经过时间t，线圈转过的角度是t，AB边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积SL1L2，磁感应强度为B，线圈转动角速度为，则：问题设计图2(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？答案甲：eAB0(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？答案整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生，且eABeCD，所以甲：e0乙：eeABeCDBSsin t丙：eBS(3)若线圈有N匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？答案若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以甲：e0乙：eNBSsin t丙：eNBS1.正弦交变电流的产生将闭合线圈置于 磁场中，并绕 方向的轴 转动.2.正弦交变电动势瞬时值表达式(1)当从中性面开始计时：e；(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e.要点提炼匀强垂直磁场匀速Emsin tEmcos t3.正弦交变电动势的峰值表达式Em与线圈的形状及转动轴的位置.(填“有关”或“无关”)NSB无关4.两个特殊位置(1)中性面：线圈平面与磁场 .，为 ，e为 ，i为 .(填“0”或“最大”)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变，线圈转动一周，感应电流方向改变 次.(2)垂直中性面：线圈平面与磁场 .为 ，e ，I .(填“0”或“最大”)垂直最大000两平行0最大最大最大5.正弦交变电流的图像及应用或从图像中可以解读到以下信息：(1)交变电流的周期T、峰值Im.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻；也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻.(3)判断线圈中磁通量最小、最大的时刻及磁通量变化率最大、最小的时刻.(4)分析判断i的大小和方向随时间的变化规律.典例精析一、交变电流的判断例1如图所示，属于交流电的是()解析方向随时间作周期性变化是交变电流最重要的特征.A、B、D三项所示的电流大小随时间作周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电.C选项中电流的方向随时间作周期性变化，故选C.答案C例2矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是()A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零二、正弦交变电流的产生解析线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D选项正确.答案CD例3有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，求：图3三、交变电流的规律(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少；解析交变电流电动势的峰值为Em2NBLvNBS100.50.2210 V6.28 V答案6.28 V6.28 A(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式；解析从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmsin t6.28sin(10t)V.答案e6.28sin(10t)V(3)线圈从中性面位置开始，转过30时，感应电动势的瞬时值是多大.解析线圈从中性面位置开始转过30时，感应电动势为eEmsin 303.14 V.答案3.14 V四、交变电流的图像例4线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生的交变电流的图像如图4所示，由图中信息可以判断()图4A.在A和C时刻线圈处于中性面位置B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C.从AD线圈转过的角度为2D.若从OD历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次解析根据题图，首先判断出交变电流的瞬时值表达式iImsin t.其中Im是交变电流的最大值，是线圈旋转的角速度.另外，应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈每旋转一周，两次经过中性面，经过中性面位置时电流改变方向.从题图可以看出，在O、B、D时刻电流为零，所以此时线圈恰好在中性面位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；课堂要点小结1 2 3 4自我检测1.(交变电流的产生)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有()BCD1 2 3 42.(交变电流的规律)如图5所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，adbcl1，abcdl2.从图示位置起该线圈以角速度绕不同转轴匀速转动，则()图51 2 3 4答案CD解析以O1O1为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流.无论以OO为轴还是以ab为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl1l2.由于是从与磁场平行的面开始计时，产生的是余弦交变电流，故C、D正确.1 2 3 43.(交变电流的图像)单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图6甲所示，则下列说法中正确的是()图61 2 3 4A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻，的变化率最大C.t0.02 s时刻，交变电动势达到最大D.该线圈产生的相应交变电动势的图像如图乙所示解析由题图甲可知t0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面.t0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A项错误，B项正确.t0.02 s时，交变电动势应为零，C、D项均错误.答案B1 2 3 4图71 2 3 4(1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式.解析n300 r/min5 r/s，因为从中性面开始转动，并且求的是瞬时值，故eEmsin tNBS2nsin(2nt)50sin(10t)V答案e50sin(10t)V1 2 3 4答案43.3 V