《高中物理 2.1-2.2 認識交變電流 交變電流的描述課時訓練課件 粵教版選修3-2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 2.1-2.2 認識交變電流 交變電流的描述課時訓練課件 粵教版選修3-2.ppt（43頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,四,一、交變電流 1.恒定電流 強弱和方向不隨時間變化的電流稱為恒定電流,簡稱直流. 2.交變電流 強弱和方向隨時間變化的電流稱為交變電流,簡稱交流. 3.波形圖 電流或電壓隨時間變化的圖象.通常利用示波器來觀察. 日常生活和生產中所用的交變電流是按正弦規(guī)律變化的交變電流.,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,把兩個發(fā)光時顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián),注意使兩者正負極的方向不同,然后連接到教學用的發(fā)電機的兩端(如圖).轉動手柄,兩個磁極之間的線圈隨著轉動.觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況.實驗現(xiàn)象說明了什么? 答案：可以觀察到兩個發(fā)光二極管交替發(fā)光.該實驗說明了發(fā)電機產生的電流的方向隨時間變化,不是直流,是交變電流.,目標導航,預習導引,一,二,三,四,二、正弦交變電流的產生 1.實驗裝置 (1)交流發(fā)電機的基本結構:線圈、磁極、滑環(huán)及電刷. (2)模型裝置圖(下圖):,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,目標導航,預習導引,一,二,三,四,目標導航,預習導引,一,二,三,四,2.過程分析,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,根據法拉第電磁感應定律,線圈在磁場中轉動時,穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化,從而產生感應電流.用線圈和磁鐵做成發(fā)電機,線圈中產生的感應電流怎么輸出來呢? 答案：如下圖所示,利用電刷將感應電流輸出.,目標導航,預習導引,一,二,三,四,三、用函數表達式描述交變電流 1.電動勢的瞬時值:N匝、面積為S的線圈以角速度ω轉動,從中性面開始計時,得出: e=Emsin ωt,其中Em=NBSω,叫做電動勢的峰值.,3.電壓瞬時值:u=Umsin ωt . 4.按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流,簡稱正弦式電流.,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,日常生活中照明電路用的是交變電流,交變電流的大小和方向是周期性變化的.我們?yōu)槭裁锤杏X白熾燈的明亮程度并沒有變化? 答案：這主要是因為交變電流的大小和方向變化很快,白熾燈燈絲的溫度基本不變,所以燈的亮度基本沒有變化,再者人的眼睛有0.1 s的視覺暫留,也不能分辨其變化情況.,目標導航,預習導引,一,二,三,四,四、用圖象描述交變電流 1.圖象特點 正弦式交變電流的電動勢e,電壓u及電流i隨時間按正弦規(guī)律變化. 2.線圈在勻強磁場中勻速轉動一周的過程中,電動勢e,電壓u及電流i出現(xiàn)兩次最大值.,,,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,三,四,一、交變電流的產生及方向 1.產生:如圖,用矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動產生交變電流. (1)切割磁感線的有效邊是圖中的ab和cd;(2)線圈平面平行磁感線的位置,即通過線圈平面的磁通量為零的位置(圖中位置),兩個有效邊的切割速度方向垂直磁感線,產生的感應電動勢最大;(3)線圈平面垂直磁感線的位置,即通過線圈平面的磁通量最大的位置,兩個有效邊的切割速度方向平行磁感線,不切割磁感線,線圈中的感應電動勢為零.,知識精要,一,二,三,四,2.方向:由線圈平面圖(見下面)可以看到,當ab邊向右、cd邊向左運動時(線圈平面圖②),感應電流是沿著abcd方向流動的;當ab邊向左、cd邊向右運動時(線圈平面圖④),感應電流是沿著dcba方向流動的.這兩種情況交替出現(xiàn),線圈平面每經過中性面一次,感應電流的方向就改變一次,因此線圈轉動一周,感應電流的方向改變兩次.,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,【例1】 如圖為演示交變電流產生的裝置圖,關于這個實驗,正確的說法是( ) (導學號51130027) A.線圈每轉動一周,指針左右擺動兩次 B.圖示位置為中性面,線圈中無感應電流 C.圖示位置,ab邊的感應電流方向由a→b D.線圈平面與磁場方向平行時,磁通量變化率為零,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,解析：線圈在磁場中勻速轉動時,在電路中產生周期性變化的交變電流,線圈經過中性面時電流改變方向,線圈每轉動一周,有兩次通過中性面,電流方向改變兩次,指針左右擺動一次,故A項錯誤;線圈平面垂直于磁感線的位置稱為中性面,顯然圖示位置不是中性面,所以B項錯誤;線圈處于圖示位置時,ab邊向右運動,由右手定則,ab邊的感應電流方向由a→b,故C項正確;線圈平面與磁場方向平行時,ab、cd邊垂直切割磁感線,線圈產生的電動勢最大,也可以這樣認為,線圈處于豎直位置時,磁通量為零,但磁通量變化率最大,故D項錯誤. 答案：C,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,如圖所示,矩形線框在磁場內做的各種勻速運動中,能夠產生交變電流的是( ) (導學號51130028),答案：B 解析：產生交變電流的條件是穿過線圈的磁通量發(fā)生周期性變化,選項B符合要求.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,四,二、中性面及中性面的垂面有何特點,線圈位于中性面時感應電流有什么變化 1.由法拉第電磁感應定律可知感應電動勢的大小正比于磁通量變化率,而不是正比于磁通量.當線圈位于中性面時,盡管磁通量最大,但磁通量的變化率最小,故感應電動勢最小;當線圈位于中性面的垂面時,盡管磁通量最小(為零),但其變化率最大,故該位置感應電動勢最大. 2.線圈位于中性面時,感應電動勢及感應電流為零.通過中性面時,電流的方向發(fā)生變化,線圈在一個周期內兩次經過中性面,故電流在一個周期內方向改變兩次.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,四,3.中性面及中性面的垂面比較,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,【例2】 (多選)矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動,在線圈平面經過中性面瞬間,下列說法正確的是( ) A.線圈平面與磁感線平行 B.通過線圈的磁通量最大 C.線圈中的感應電動勢最大 D.線圈中感應電動勢的方向改變 解析：由中性面的定義可知,線圈平面與磁感線垂直,所以A項錯誤.由于線圈平面與磁感線垂直,所以磁通量最大,B項正確.導線運動方向與磁感線平行,感應電動勢為零,所以C項錯誤.在中性面前后,穿過線圈的磁通量的變化由增加到減少,所以感應電流的方向發(fā)生改變,所以D項正確. 答案：BD,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,(多選)關于中性面,下列說法正確的是( ) A.線圈在轉動中經中性面位置時,穿過線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零 B.線圈在轉動中經中性面位置時,穿過線圈的磁通量為零,磁通量變化率最大 C.線圈每經過一次中性面,感應電流的方向就改變一次 D.線圈每轉動一周經過中性面一次,所以線圈每轉動一周,感應電流的方向就改變一次,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,答案：AC 解析：中性面是線圈平面與磁感線垂直的位置,線圈經過該位置時,穿過線圈的磁通量最大,各邊都不切割磁感線,不產生感應電動勢,所以磁通量變化率為零,A項正確,B項錯誤;線圈每經過一次中性面,感應電流的方向改變一次,但線圈每轉一周要經過中性面兩次,所以每轉一周,感應電流方向就改變兩次,C項正確,D項錯誤.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,四,三、對e=Emsin ωt的理解 1.交變電流的瞬時表達式的形式與開始計時時線圈的初位置有關.若從中性面開始計時,感應電動勢的瞬時值表達式為e=Emsin ωt;若從線圈平面與磁場方向平行的位置開始計時,則感應電動勢瞬時值表達式為 2.最大值:Em=NBSω,Em與轉軸的所在位置及線圈形狀無關. 3.線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時,產生的正弦式交變電流與軸的位置(不一定是對稱軸)、線圈的形狀無關.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,四,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,【例3】 如圖,有一10匝正方形線框,邊長為20 cm,線框總電阻為1 Ω,線框繞OO軸以10π rad/s的角速度勻速轉動,垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為0.5 T.問: (導學號51130029) (1)該線框產生的交變電流電動勢最大值、電流峰值分別是多少? (2)線框從圖示位置轉過60時,感應電動勢的瞬時值是多大? (3)寫出感應電動勢隨時間變化的表達式. 點撥：電動勢的峰值可用Em=NBSω計算,而計算電動勢的瞬時值首先要確定計時起點,然后用e=Emsin ωt或e=Emcos ωt進行計算.,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,解析：(1)交變電流電動勢峰值為 Em=NBSω=100.50.2210π V=6.28 V, 電流的峰值為 (2)線框轉過60時,感應電動勢 E=Emsin 60≈5.44 V. (3)由于線框轉動是從中性面開始計時的,所以瞬時值表達式為e=Emsin ωt=6.28sin 10πt(V). 答案：(1)6.28 V 6.28 A (2)5.44 V (3)e=6.28sin 10πt V,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,(多選)一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動.在轉動過程中,線框中的最大磁通量為Φm,最大感應電動勢為Em.下列說法中正確的是 ( )(導學號51130030) A.當磁通量為零時,感應電動勢也為零 B.當磁通量減少時,感應電動勢在增大 C.當磁通量等于0.5Φm時,感應電動勢等于0.5Em D.角速度ω等于 答案：BD,一,二,三,知識精要,四,典題例解,遷移應用,解析：(1)公式法.設從線框位于中性面開始計時,則線框中產生正弦式電流,即e=Emsin ωt.穿過線框的磁通量Φ隨時間按余弦規(guī)律變化,即Φ=Φmcos ωt.,(2)圖象法.Φ-t圖象如圖所示,圖象在某點的斜率表示感應電動勢瞬時值.由圖可知,A、C兩項錯,B項對.由Em=Φmω知D項對.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,四,四、正弦交變電流的圖象 正弦交變電流隨時間的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,如圖所示,交變電流的e-t圖象. 由圖可以確定出以下信息: 1.可以讀出正弦交變電流的峰值Em. 2.可根據線圈轉至中性面時電動勢為零的特點,確定線圈處于中性面的時刻,確定了該時刻,也就確定了磁通量最大的時刻和磁通量變化率最小的時刻,如t=0,t=t2時刻.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,四,3.可根據線圈轉至與磁場平行時感應電動勢最大的特點,確定線圈與中性面垂直的時刻,此時刻也就是磁通量為零的時刻和磁通量變化率最大的時刻,如t=t1,t=t3時刻. 4.可以確定某一時刻電動勢大小以及某一時刻電動勢的變化趨勢.,一,二,三,四,知識精要,典題例解,遷移應用,【例4】 圖甲是交流發(fā)電機模型示意圖.在磁感應強度為B的勻強磁場中,有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內垂直于磁感線的軸OO轉動.由線圈引出的導線ae和df分別與兩個和線圈一起繞OO轉動的金屬圓環(huán)相連接,金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸,這樣矩形線圈在轉動中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路.圖乙是線圈的主視圖,導線ab和cd分別用它們的橫截面來表示.已知ab長度為L1,bc長度為L2,線圈以恒定角速度ω逆時針轉動.(只考慮單匝線圈) (導學號51130031),一,二,三,四,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)線圈平面處于中性面位置時開始計時,試推導t時刻整個線圈中的感應電動勢e1的表達式. (2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時開始計時,如圖丙所示,試寫出t時刻整個線圈中的感應電動勢e2的表達式.,一,二,三,四,知識精要,典題例解,遷移應用,點撥：,解析：(1)矩形線圈abcd轉動過程中,只有ab和cd切割磁感線, 設ab和cd的轉動速度為v,則 在t時刻,導線ab和cd因切割磁感線而產生的感應電動勢均為E1=BL2v⊥ 由圖可知v⊥=vsin ωt 則整個線圈的感應電動勢為e1=2E1=BL1L2ωsin ωt. (2)當線圈由題圖丙位置開始運動時, 在t時刻整個線圈的感應電動勢為e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0). 答案：(1)e1=BL1L2ωsin ωt (2)e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0),一,二,三,四,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,三,四,知識精要,典題例解,遷移應用,(多選)如圖所示,圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉動時所產生正弦交變電流的圖象,當調整線圈轉速后,所產生正弦交變電流的圖象如圖線b所示,以下關于這兩個正弦交變電流的說法正確的是( ) (導學號51130032) A.在圖中t=0時刻穿過線圈的磁通量均為零 B.線圈先后兩次轉速之比為3∶2 C.交變電流a的瞬時值表達式為u=10sin 5πt(V),一,二,三,四,知識精要,典題例解,遷移應用,答案：BC,知識鏈接,案例探究,規(guī)律方法:平均電動勢的求法 線圈在轉動過程中,某一段時間內從一個位置轉到另一個位置所產生的電動勢,稱為平均電動勢.它不等于始、末兩時刻瞬時值的平均值,必須用法拉第電磁感應定律計算,即 同理,計算交變電流在某段時間內通過導體橫截面的電荷量,也必須用平均值,即,知識鏈接,案例探究,如圖所示,勻強磁場的磁感應強度B=0.1 T,所用矩形線圈總電阻為R=100 Ω.線圈的匝數n=100,邊長lab=0.2 m,lbc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s繞OO軸勻速轉動,試求當線圈平面從圖示位置(與中性面垂直)轉過90的過程中, (1)線圈中的平均電動勢. (2)通過線圈某一截面的電荷量.,知識鏈接,案例探究,解析：(1)線圈平面從圖示位置轉過90的過程中,線圈內磁通量的變化量為 ΔΦ=Blablbc,,答案：(1)200 V (2)110-2 C,