高中物理 第5章 交变电流 第1节 交变电流课件 新人教版选修3-2

第 五 章 交 变 电 流第 一 节 交 变 电 流 知道什么是交变电流掌握交变电流的产生及变化规律理解正弦交流电的图象及表达式 我们的日常生活离不开电，城市的灯火辉煌、工厂里的机器轰鸣，一切都离不开电。长江三峡水力发电站已投入生产，各地火力发电厂比比皆是，它们的共同之处就是生产和输送的大多都是交变电流(如图是实验室手摇发电机产生的交变电流)。什么是交变电流？与直流电流有什么不同？它又是如何产生的呢？ 1 知 识 自 主 梳 理2 重 点 难 点 突 破3 考 点 题 型 设 计4 易 错 案 例 剖 析5 课 堂 知 识 结 构6 随 堂 巩 固 提 升7 课 时 作 业 知 识 自 主 梳 理 1交 变 电 流大小和方向都随时间做_的电流。注：大小不变方向改变的电流也是交变电流。2直 流 电 ：_不随时间变化的电流。3图 象 特 点(1)恒定电流的图象是一条与时间轴_。(2)交变电流的图象有时会在时间轴的上方，有时会在时间轴的下方，即随_做周期性变化。交 变 电 流知 识 点 1周期性变化 方向 平行的直线 时间 1产 生 方 法闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴_转动。交 变 电 流 的 产 生知 识 点 2匀速 2产 生 过 程 (示意图)。(在下面横线上填“ABCD”或“DCBA”)注 ：在甲、丙位置时线圈中没有电流，在乙、丁位置时线圈中电流最大。3中 性 面线圈平面与磁场_的位置。垂直 ABCD ABCD DCBADCBA 1正 弦 式 交 变 电 流(1)定义：按_变化的交变电流，简称正弦式电流。(2)函数和图象：交 变 电 流 的 变 化 规 律知 识 点 3正弦规律 EmsintUmsintI msint 特 别 提 醒 表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压和电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。 2几 种 不 同 类 型 的 交 变 电 流 重 点 难 点 突 破 1.产 生在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图所示。一 、 交 变 电 流 的 产 生 过 程 2过 程 分 析如图所示。 (1)如图A所示：线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为abcd。线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为abcd。线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为badc。线圈由丁位置转到戊位置过程中，电流方向为badc。(2)如图B所示：在乙位置和丁位置时，线圈垂直切割磁感线，产生的电动势和电流最大；在甲位置和丙位置时，线圈不切割磁感线，产生的电动势和电流均为零。 3两 个 特 殊 位 置 物 理 量 的 特 点特 别 提 醒 (1)线圈每一次经过中性面，线圈中感应电流就要改变方向。(2)线圈转一周，感应电流方向改变两次。名称中性面中性面的垂面位置线圈平面与磁场垂直线面平面与磁场平行磁通量最大零磁通量的变化率零最大感应电动势零最大线圈边框切割磁感线的有效速度零最大感应电流零最大电流方向改变不变 答 案 ：灯丝中通有交变电流解 析 ：磁场对电流有安培力的作用，当磁铁靠近灯泡时，灯丝中的电流受到安培力。灯丝的抖动说明通过灯丝的电流的大小或者方向都可能发生了变化。 1瞬 时 值 表 达 式 的 推 导若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间t (1)线圈转过的角度为t(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角t二 、 交 变 电 流 的 规 律 分 析 特 别 提 醒 (1)若线圈从中性面开始计时，eEmsint。若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost，所用瞬时值表达式与开始计时的位置有关。(2)物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流都统称为正弦式交变电流，简称正弦式电流。(3)交变电动势的峰值EmNBS，由线圈匝数N，磁感应强度B，转动角速度及线圈面积S决定。当线圈转到穿到线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。 答 案 ：平行关系，零。解 析 ： (1)图示位置左右两条边的速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，不产生感应电动势。(2)从磁通量变化的角度分析，图示位置磁通量最大，但变化率为0，所以感应电动势为0。 1.正 弦 曲 线正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示。三 、 正 弦 式 交 变 电 流 的 图 象 2从 图 象 中 可 以 解 读 到 以 下 信 息(1)交变电流的最大值Im、Em。(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。(3)可找出线圈平行磁感线的时刻。(4)判断线圈中磁通量的变化情况。(5)分析判断i、e随时间的变化规律。 特 别 提 醒 解决图象问题的基本方法：一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”。二变：掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”之间的变通能力。三判断：结合图象和公式进行正确分析和判断。 答 案 ： t1、t3时刻线圈平面处于与磁场垂直的位置；t2、t4时刻线圈平面与磁场平行。解 析 ： t1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，线圈平面垂直于磁场；t2、t4时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂直位置，穿过线圈的磁通量为零，线圈平面平行于磁场(即题图中位置)。 考 点 题 型 设 计 题 型 1 对 交 变 电 流 产 生 过 程 的 理 解 解 析 ： (1)线圈处于题图甲所示中性面的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向平行，所以不切割磁感线，线圈中的感应电流是零，磁通量变化率为零。(2)线圈处于与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电流最大，磁通量的变化率最大。答 案 ：见解析 C 题 型 2 对 交 变 电 流 图 象 的 理 解 D B 解 析 ：由题图甲可知，t0和t0.02s时刻，值最大，线圈平面恰在中性面位置，感应电动势为零，而t图象在t0.01s和t0.03s时刻切线的斜率最大，即的变化率最大，交流电动势达到最大值。 题 型 3 交 变 电 流 的 变 化 规 律 答 案 ： (1)e314sin100t(V)(2)200V点 评 ：要理解平均电动势既不是最大电动势值的一半，也不是等于历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解。 C 解 析 ：根据EmNBS，若风速减小到原来的一半时，则最大感应电动势也变小，所以感应电流也变小；根据转速与周期成反比，可知，若风速减小到原来的一半时，则周期变大为原来两倍，故C正确，A、B、D错误。 易 错 案 例 剖 析 A 易 错 分 析 ：本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因B只分析对了线圈在0到90的转动过程中感应电流的方向，在90到180时分析过程中，电流的方向产生了错误C在0到90的分析过程中，电流的大小产生了错误D在0到90的分析过程中，电流的方向产生了错误 正 确 解 答：若从图示位置开始计时，在线圈转动90的过程中，只有ab边切割磁感线，相当于向右切割，故感应电流的方向为adcba，为负方向，大小相当于半个线圈在磁场中转动，但还是正弦的形式，这一部分A、B的表示都是正确的；在线圈转动90到180的过程中，只有cd边切割磁感线，相当于向左切割，故感应电流的方向为adcba，为负方向，大小相当于半个线圈在磁场中转动，但还是正弦的形式，这一部分B项表示的方向是不正确的；再按同样的方法继续分析可以得到A项是正确的。 课 堂 知 识 结 构 随 堂 巩 固 提 升 课 时 作 业