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浙江专版2017_2018学年高中物理第五章交变电流第1节交变电流课件新人教版选修3_2

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浙江专版2017_2018学年高中物理第五章交变电流 课件新人教版 浙江专版2017_2018学年高中物理第五章交变电流第 课件新人教版选修3_2 学年高中物理 第五章 交变电流 第2节 章 交变电流
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第五章 交变电流 第1讲 交变电流 知识内容交变电流考试要求 必考加试 c 课时要求 1.知道交变电流,能区分直流和交变电流. 2.知道交流发电机的基本结构与工作原理,了解中性面的 概念. 3.知道正弦式交变电流的图象描述. 4.知道正弦式交变电动势、电压、电流的瞬时值表达式, 理解峰值的意义. 5.区分特殊位置的磁通量与磁通量变化率,理解磁通量变 化率与电动势之间的关系. 内容索引 知识探究题型探究达标检测 知识探究 1 一、对交变电流的认识 导学探究 (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? 当接在干电池两端时,只有一个发光二极管会亮. 答案 图1 (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?并解释看到的现象. 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. 答案 知识梳理 1.交变电流:大小和方向随时间做 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. 注意:对直流电流和交变电流的区分主要是看 . 3.正弦式交变电流:按 规律变化的交变电流叫正弦式交变电流, 简称 . 交流 方向 电流方向是否变化 正弦 正弦式电流 周期性 即学即用 判断下列说法的正误. (1)交变电流的大小一定随时间变化.( ) (2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电.( ) (3)交变电流的大小可以不变,但方向一定随时间周期性变化.( ) × × √ 二、交变电流的产生 导学探究 假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动,如图2甲至丁所示.请分析 判断并填空. 图2 转动过程电流方向 甲→乙_______________ 乙→丙_______________ 丙→丁_______________ 丁→甲_______________ (填“A→B→C→D”或“B→A→D→C”) 2.在甲、乙、丙、丁四个位置中,线圈转到 或 位置时线圈 中的电流最小,为零.线圈转到 或 位置时线圈中电流最大. B→A→D→C B→A→D→C A→B→C→D A→B→C→D 甲丙 乙丁 图2 1.正弦式交变电流的产生条件:将闭合矩形线圈置于 磁场中,并 绕 方向的轴 转动. 2.中性面:线圈平面与磁感线 时的位置. (1)线圈处于中性面位置时,穿过线圈的Φ ,但线圈中的电流为 . (2)线圈每次经过中性面时,线圈中感应电流的方向都要改变.线圈转动一 周,感应电流的方向改变 次. 匀强 知识梳理 匀速 垂直 垂直磁场 最大零 两 即学即用 判断下列说法的正误. (1)只要线圈在磁场中转动,就可以产生交变电流.( ) (2)线圈在通过中性面时磁通量最大,电流也最大.( ) (3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大,但磁通量为零.( ) (4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变.( ) × × √ √ 1.正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式: (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= . 2.正弦式交变电流电动势的峰值表达式: (1)Em= . (2)峰值与线圈的形状 ,与转动轴的位置 .(填“有关”或“无 关”) Emsin ωt 知识梳理 Emcos ωt 三、交变电流的变化规律 nBSω 无关无关 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 Ω,线圈绕OO′轴以10π 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,该线圈产生的交变电流电动势的峰值为 ________,电流的峰值为________,若从中性面位 置开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为 __________________. 即学即用 图3 答案解析 6.28 V6.28 A e=6.28sin 10πt V 电动势的峰值为Em=nBSω=10×0.5×0.22×10π V=6.28 V 电流的峰值为Im= =6.28 A 感应电动势的瞬时值表达式为 e=Emsin ωt=6.28sin 10πt V. 2 题型探究 例1 (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动 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的方向就改变一次 D.线框经过中性面时,各边切割磁感线的速度为零 一、交变电流的产生 答案解析 √ √ 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,所以感应电动势等于零,此时穿过线框的磁通量的变化率也等 于零,感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化.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. 归纳总结 搞清两个特殊位置的特点: 二、交变电流的变化规律 1.峰值表达式 2.正弦交变电流的瞬时值表达式 (1)从中性面位置开始计时 e=Emsin ωt,i=Imsin ωt,U=Umsin ωt (2)从与中性面垂直的位置开始计时 e=Emcos ωt,i=Imcos ωt,U=Umcos ωt. 例2 一矩形线圈,面积是0.05 m2,共100匝,线圈 电阻r=2 Ω,外接电阻R=8 Ω,线圈在磁感应强度 B= T的匀强磁场中以ω=10π rad/s的角速度绕垂 直于磁感线的轴匀速转动,如图4所示,若从中性 面开始计时,求: (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式; 答案 解析 图4 e=50sin (10πt) V 线圈产生的感应电动势最大值Em=NBSω=50 V, 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为 e=Emsin ωt=50sin (10πt) V. (2)外电路R两端电压瞬时值的表达式. 答案 解析 图4 u=40sin (10πt) V 针对训练 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动, 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图5所示,则下列说法中正确的 是 图5 A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直 B.t=0.01 s时刻Φ的变化率达到最大 C.t=0.02 s时刻感应电动势达到最大 D.t=0.03 s时刻感应电动势为零 √ 答案解析 t=0时刻,Φ最大,应是中性面位置,A错; t=0.01 s时,Φ=0,应是线圈平面与磁场平行的位置,感应电动势最 大,Φ的变化率最大,B正确; 0.02 s时刻,感应电动势为零,C错; 0.03 s时刻,感应电动势最大,D错. 图5 方法点拨 (1)求交变电流瞬时值的方法 ①确定线圈转动从哪个位置开始计时; ②确定表达式是正弦函数还是余弦函数; ③确定转动的角速度ω=2πn(n的单位为r/s)、 峰值Em=NBSω; ④写出表达式,代入角速度求瞬时值. (2)线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电流与线圈的形状无关.如 图6所示,若线圈的面积与例2题图所示线圈面积相同,则答案完全相同 . 图6 例3 处在匀强磁场中的矩形线圈abcd以恒 定的角速度绕ab边转动,磁场方向平行于纸 面并与ab边垂直.在t=0时刻,线圈平面与纸 面重合,如图7所示,线圈的cd边离开纸面 向外运动.若规定沿a→b→c→d→a方向的感 应电流为正,则图中能反映线圈中感应电流i 随时间t变化的图象是 三、交变电流的图象 图7 答案解析 线圈在磁场中从图示位置开始匀速转动时可以产 生按余弦规律变化的交流电.对于图示起始时刻, 线圈的cd边离开纸面向外运动,速度方向和磁场 方向垂直,产生的电动势的瞬时值最大; 用右手定则判断出电流方向为逆时针方向,与规 定的正方向相同,所以C对. √ 图7 技巧点拨 1.从中性面开始计时是正弦曲线,从垂直中性面开始计时是余弦曲线. 2.由楞次定律或右手定则判断感应电流的方向. 达标检测 3 1.(多选)如图所示的图象中属于交变电流的有 答案解析 1234 √√ 选项A、B、C中e的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,但不是 正弦式交变电流;选项D中e的方向未变化,故是直流. √ 2.(2015·宁波高二检测)如图所示,面积均为S的线圈均绕其对称轴 或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,下列选项中能产生 正弦交变电动势e=BSωsin ωt的是 答案 1234 √ 3.(多选)如图8甲所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴OO′以恒定的角速度ω转动. 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈中产生 的交变电流按照如图乙所示的余弦规律变化,则在t = 时刻 答案解析 1234 图8 A.线圈中的电流最大 B.穿过线圈的磁通量为零 C.线圈所受的安培力为零 D.线圈中的电流为零 √ √ 1234 此时线圈位于中性面位置,所以穿过线圈的磁通量最大,B错误,由于此 时感应电动势为零,所以线圈中电流为零,线圈所受的安培力为零,A错 误,C、D正确. 4.一台发电机产生正弦式电流,如果e=400sin 314t(V),那么电动势的峰 值是多少?线圈匀速转动的角速度是多少?如果这个发电机的外电路只 有电阻元件,总电阻为2 kΩ,写出电流瞬时值的表达式. 答案 解析 1234 400 V 100π rad/s i=0.2sin 314t(A) 根据电动势的瞬时值表达式可知,电动势的峰值Em=400 V, 线圈的角速度ω=314 rad/s=100π rad/s 由欧姆定律得Im= =0.2 A, 所以电流瞬时值表达式为i=0.2sin 314t(A).
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