（通用）高中物理 第五章 交變電流 5.1 交變電流課件 新人教選修32

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1、1 交變電流 第五章 交變電流 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.會觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和直流的概念. 2.理解交變電流的產(chǎn)生過程，會分析電動勢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值、峰值的物理含義. 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ) 重點探究 啟迪思維 探究重點 達標(biāo)檢測 檢測評價 達標(biāo)過關(guān) 自主預(yù)習(xí) 一一、交變電流交變電流 1.交變電流：大小和方向隨時間做 變化的電流叫交變電流，簡稱 . 2.直流： 不隨時間變化的電流稱為直流. 3.正弦式交變電流：按 規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡稱 . 交流 周期性 方向 正弦 正弦式電流 二二

2、、交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生 閉合線圈置于 磁場中，并繞 方向的軸 轉(zhuǎn)動. 三三、交變電流的變化規(guī)律交變電流的變化規(guī)律 線圈從 磁場方向計時產(chǎn)生電動勢的瞬時值表達式：eEmsin t，Em叫做電動勢的 . 勻強 垂直于磁場 勻速 垂直 峰值 即學(xué)即用即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，就可以產(chǎn)生交變電流.( ) (2)線圈在通過中性面時磁通量最大，電流也最大.( ) (3)線圈在通過垂直中性面的平面時電流最大，但磁通量為零.( ) (4)線圈在通過中性面時電流的方向發(fā)生改變.( ) 答案 答案 2.有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為20 cm，線圈總電阻為1

3、，線圈繞垂直磁場方向的OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖1所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5 T，該線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的峰值為_，感應(yīng)電流的峰值為_，若從中性面位置開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為_. 圖1 6.28 V 6.28 A e6.28sin 10t (V) 解析 解析解析 電動勢的峰值為EmnBS100.50.2210 V6.28 V 電流的峰值為Im 6.28 A 感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eEmsin t6.28sin 10t (V). EmR 重點探究 導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 假定線圈繞OO軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖2甲至丁所示.請分析判斷： 一、交變電流的產(chǎn)生

4、 答案 圖2 (1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向的變化情況. (2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流有最大值和最小值時線圈分別在什么位置？ 答案 答案答案 線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的電流最大. 線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時線圈中電流最小，為零，此時線圈所處的平面稱為中性面. 知識深化知識深化 兩個特殊位置 1.中性面(SB位置，如圖2中的甲、丙) 線圈平面與磁場垂直的位置，此時最大， 為0，e為0，i為0. 線圈經(jīng)過中性面時，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次. 2.垂直中性面位置(SB位置，如圖2中的乙、丁) 此時為0， 最大，e最大，i最大. t t 例例1 (多選)矩形線框

5、繞垂直于勻強磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(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，線框中感應(yīng)電動勢最大 B.當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動勢也為零 C.每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向就改變一次 D.線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零 答案 解析 導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究 如圖3所示，線圈平面繞bc邊的中點從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為.經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是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邊長為L1，bc邊長為L2，線圈面積SL1L2，磁感應(yīng)強度為B，則： (1)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大？ 答案 二、交變電流

6、的變化規(guī)律 圖3 答案答案 eabBL1vsin tBL1L22sin t 12BL1L2sin t12BSsin t. 答案 (2)整個線圈中的感應(yīng)電動勢為多大？ 答案答案 整個線圈中的感應(yīng)電動勢由ab和cd兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢組成，且eabecd，所以e總eabecdBSsin t. (3)若線圈有N匝，則整個線圈的感應(yīng)電動勢為多大？ 答案答案 若線圈有N匝，則相當(dāng)于N個完全相同的電源串聯(lián)，所以eNBSsin t. 知識深化知識深化 1.峰值表達式 EmnBS，ImEmRrnBSRr，UmImRnBSRRr 2.峰值決定因素：由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度和線圈面積S決定，與線圈的

7、形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān). 如圖4所示的幾種情況中，如 果n、B、S均相同，則感 應(yīng)電動勢的峰值均為EmnBS. 圖4 3.正弦交變電流的瞬時值表達式 (1)從中性面位置開始計時 eEmsin t，iImsin t，uUmsin t (2)從與中性面垂直的位置開始計時 eEmcos t，iImcos t，uUmcos t. 例例2 一矩形線圈，面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻r2 ，外接電阻R8 ，線圈在磁感應(yīng)強度B T的勻強磁場中以n300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖5所示，若從中性面開始計時，求： (1)線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式； 1 圖5 答案答案

8、 e50sin 10t (V) 答案 解析 解析解析 線圈轉(zhuǎn)速n300 r/min5 r/s， 角速度2n10 rad/s， 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值EmNBS50 V， 由此得到的感應(yīng)電動勢瞬時值表達式為 eEmsin t50sin 10t (V). (2)線圈從開始計時經(jīng) s時線圈中由此得到的感應(yīng)電流的瞬時值； 130 答案 解析 答案答案 5 32 A 解析解析 將 t130 s 代入感應(yīng)電動勢瞬時值表達式中， 得 e50sin (10130) V25 3 V， 對應(yīng)的感應(yīng)電流 ieRr5 32 A. (3)外電路R兩端電壓瞬時值的表達式. 答案 解析 解析解析 由閉合電路歐姆定律得

9、ueRrR40sin 10t (V). 答案答案 u40sin 10t (V) 1.求交變電流瞬時值的方法 (1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計時； (2)確定表達式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)； (3)確定轉(zhuǎn)動的角速度2n(n的單位為r/s)、峰值EmNBS； (4)寫出表達式，代入時間求瞬時值. 方法總結(jié)方法總結(jié) 2.線圈在勻強磁場中繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流，產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無關(guān).如圖6所示，若線圈的面積和匝數(shù)與例2中題圖所示線圈面積相同，則答案完全相同. 圖6 如圖7甲、乙所示，從圖象中可以解讀到以下信息： 三、交變電流的圖象 圖7 1.交變電流的峰值Em、Im和周

10、期T. 2.兩個特殊值對應(yīng)的位置： (1)e0(或i0)時：線圈位于中性面上； e最大(或i最大)時：線圈平行于磁感線. (2)e0(或i0)時， 0，最大. e最大(或i最大)時， 最大，0. 3.分析判斷e、i大小和方向隨時間的變化規(guī)律. t t 例例3 一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動，線圈平面位于如圖8甲所示的勻強磁場中，通過線圈的磁通量隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是 A.t1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大 B.t1、t3時刻線圈中感應(yīng)電流方向改變 C.t2、t4時刻線圈中磁通量最大 D.t2、t4時刻線圈中感應(yīng)電動勢最小 圖8 答案 解析

11、 根據(jù)圖象找出線圈位于中性面位置時對應(yīng)的時刻，然后根據(jù)中性面的性質(zhì)進行判斷. 總結(jié)提升總結(jié)提升 達標(biāo)檢測 1.(交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生)(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有 答案 1 2 3 4 2.(交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律)(多選)如圖9所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，則在0 這段時間內(nèi) A.線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B.線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C.穿過線圈的磁通量一直在減小 D.穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小 答案 圖9 1 2 3 4 解析 2 3.(交變電流的圖

12、象交變電流的圖象)一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖10甲所示，則下列說法中正確的是 A.t0時刻，線圈平面與中性面垂直 B.t0.01 s時刻，的變化率最大 C.t0.02 s時刻，感應(yīng)電動勢達到最大 D.該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動勢的圖象如圖乙所示 答案 圖10 解析 1 2 3 4 4.(交變電流的變化規(guī)律交變電流的變化規(guī)律)如圖11所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B T， 邊長L10 cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r1 ，線圈繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度2 rad/s，外電路電阻R4 .求： (1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值. 答案 解析 2 圖11 答案答案 2 2 V 解析解析 設(shè)轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值為Em， 則 EmNBL210020.122 V2 2 V. 1 2 3 4 e2 2cos 30 6 V，ieRr65 A. (2)從圖示位置開始感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式. 答案答案 e2 2cos 2t (V) 解析解析 從圖示位置開始感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eEmcos t2 cos 2t (V) (3)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過30角電路中電流的瞬時值. 答案答案 65 A 解析解析 從圖示位置開始轉(zhuǎn)過30角時感應(yīng)電動勢的瞬時值 2 1 2 3 4 答案 解析