第一节认识交变电流第二节交变电流的描述课件

第一节认识交变电流第一节认识交变电流第二节交变电流的描述第二节交变电流的描述7/13/2024课标定位定位学学习目目标：1.理解交理解交变电变电流、直流的概念流、直流的概念2了了解解交交变变电电流流的的产产生生，会会分分析析线线圈圈转转动动一一周周中中电电动动势势和和电电流方向的流方向的变变化化3知道交知道交变电变电流的流的变变化化规规律及表示方法律及表示方法4知道交知道交变电变电流的峰流的峰值值、瞬、瞬时值时值的含的含义义7/13/2024重点重点难点：点：1.交交变电变电流的流的产产生和生和变变化化规规律律2正弦交正弦交变电变电流表达式的推流表达式的推导导7/13/2024 第第一一二二节节核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位7/13/2024课前自主学案课前自主学案一、一、观察交察交变电流的流的图象象1交交变电流流：_和和_都都随随时间做做周周期期性性变化化的的电流流2直流：直流：_不随不随时间变化的化的电流流3波形波形图：_或或_随随时间变化的化的图象叫波形象叫波形图，通常用，通常用_来来观察波形察波形图强强弱弱方向方向强强弱和方向弱和方向电流流电压示波器示波器7/13/2024二、交二、交变电流的流的产生生1交交变电流的流的产生生(1)产生生原原理理：矩矩形形线圈圈在在匀匀强强磁磁场中中绕垂垂直直于于磁磁感感线的的轴匀速匀速转动，产生的是生的是_电流流交交变电流的大小和方向分流的大小和方向分别由由_定律和定律和_定律确定定律确定(填填电磁感磁感应规律律)交交变法拉第法拉第电磁感磁感应楞次楞次7/13/2024(2)产生生过程程(如如图211所示所示)7/13/20242中性面中性面(1)中中性性面面：线圈圈平平面面_(填填“平平行行”或或“垂垂直直”)于于磁感磁感线时的位置叫做中性面的位置叫做中性面(2)中性面特点：中性面特点：线圈平面圈平面经过中性面中性面时，_为零，零，_最大，因此最大，因此电流方向流方向发生改生改变，线圈每圈每转一周，一周，电流方向改流方向改变_次次线圈垂直于圈垂直于中性面中性面时，_为零，零，_最大最大垂直垂直电流流磁通量磁通量磁通量磁通量电流流两两7/13/2024思考感悟：思考感悟：1线圈圈在在中中性性面面时，穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量、磁磁通通量量的的变化化率及率及线圈中的圈中的电流流为多少？多少？提提示示：线圈圈在在中中性性面面位位置置时，磁磁感感线与与线圈圈平平面面垂垂直直，穿穿过线圈圈平平面面的的磁磁通通量量最最大大，磁磁通通量量的的变化化率率为零零，感感应电动势为零，零，线圈中圈中电流流为零零7/13/2024三、用函数表达式描述交三、用函数表达式描述交变电流流1函数形式：函数形式：N匝面匝面积为S的的线圈以角速度圈以角速度转动，从，从中性面开始中性面开始计时，如，如图212所示，所示，图2127/13/2024则e_.用用Em表表示示峰峰值NBS，则e_.电流流i_.若若线圈圈从从磁磁感感线与与线圈圈平平面面平平行行的的位位置置开开始始计时，上上面面表表达达式式变为：e_，i_.2正弦式交流正弦式交流电：按：按_规律律变化的交化的交变电流，流，简称称_NBSsintEmsintImsintNBScostImcost正弦正弦正弦式正弦式电流流7/13/2024四、用四、用图象描述交象描述交变电流流1正弦交流正弦交流电的的图象象(1)图象：象：函数函数图象图象瞬时电动瞬时电动势势eEmsint瞬时电压：瞬时电压：uUmsint瞬时电流：瞬时电流：iImsint7/13/2024注注：表表达达式式中中Em、Um、Im分分别是是电动势、电压、电流流的的 _，而而 e、u、i则 是是 这 几几 个个 量量 的的_(2)物理意物理意义：描述交：描述交变电流流(电动势e，电流流i，电压U)随随时间t(或角度或角度t)变化的化的规律律峰峰值瞬瞬时值7/13/20242其他交其他交变电流流图2137/13/2024思考感悟思考感悟2交交变电流流的的大大小小是是否否一一定定变化化？它它与与直直流流电的的最最大大区区别是什么？是什么？提示：提示：交交变电流的大小不一定流的大小不一定变化，如方形波化，如方形波电流，它流，它与直流与直流电的最大区的最大区别是方向是方向发生周期性的生周期性的变化化7/13/2024核心要点突破核心要点突破一、怎一、怎样理解交理解交变电流流产生的原理生的原理1产生生原原理理：在在匀匀强强磁磁场中中，让一一矩矩形形线圈圈绕垂垂直直于于磁磁场方方向向的的轴匀匀速速转动时，就就得得到到了了大大小小和和方方向向都都随随时间变化的交化的交变电流流7/13/20242过程程分分析析：图214所所示示为线圈圈转一一周周过程程中中的的几几个个关关键位位置置，图中中甲甲、丙丙、戊戊所所示示的的位位置置，线圈圈平平面面垂垂直直于于磁磁感感线，各各边都都不不切切割割磁磁感感线，线圈圈中中没没有有感感应电流流，这样的的位位置置叫叫中中性性面面图乙乙、丁丁所所示示的的位位置置，线圈圈平平面面与与磁磁场方方向向平平行行，ab、cd两两边垂垂直直切切割割磁磁感感线，此此时线圈圈中中的的感感应电流达到最大流达到最大值7/13/2024图2147/13/2024这五五个个位位置置的的中中间过程程，各各有有变化化的的电流流存存在在，从从图中中可可以以看看到到，当当ab边向向右右、cd向向左左运运动时，感感应电流流是是沿沿abcd方方向向流流动的的；当当ab边向向左左，cd边向向右右运运动时，感感应电流是沿流是沿dcba方向流方向流动的的由以上分析可知，由以上分析可知，线圈圈转一周的一周的过程中，感程中，感应电流的大流的大小和方向都在不停地小和方向都在不停地变化，每化，每转一周重复一周重复这种种变化一次，化一次，这样线圈所在的圈所在的电路中就出路中就出现了大小和方向都做周期性了大小和方向都做周期性变化的交化的交变电流流7/13/2024即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(单选)如如图215所所示示为演演示示交交流流电产生生的的装装置置图，关于关于这个个实验，正确的，正确的说法是法是()图2157/13/2024A线圈每圈每转动一周，指一周，指针左右左右摆动两次两次B图示位置示位置为中性面，中性面，线圈中无感圈中无感应电流流C图示位置，示位置，ab边的感的感应电流方向由流方向由abD线圈平面与磁圈平面与磁场方向平行方向平行时，磁通量，磁通量变化率化率为零零7/13/2024解解析析：选C.线圈圈在在磁磁场中中匀匀速速转动时，在在电路路中中产生生周周期期性性变化化的的交交变电流流，线圈圈经过中中性性面面时电流流改改变方方向向，线圈圈每每转动一一周周，有有两两次次通通过中中性性面面，电流流方方向向改改变两两次次，指指针左左右右摆动一一次次，故故A项错；线圈圈平平面面垂垂直直于于磁磁感感线的的位位置置称称为中中性性面面，显然然图示示位位置置不不是是中中性性面面，所所以以B项也也不不对；线圈圈处于于图示示位位置置时，ab边向向右右运运动，由由右右手手定定则，ab边的的感感应电流流方方向向由由ab；线圈圈平平面面与与磁磁场方方向向平平行行时，ab、cd边垂垂直直切切割割磁磁感感线，线圈圈产生生的的电动势最最大大，也也可可以以这样认为，线圈圈处于于竖直直位位置置时，磁通量磁通量为零，但磁通量的零，但磁通量的变化率最大化率最大7/13/2024二、中性面、中性面的垂面位置的特性比二、中性面、中性面的垂面位置的特性比较中性面中性面中性面的垂中性面的垂面面位置位置线圈平面与线圈平面与磁场垂直磁场垂直线圈平面与线圈平面与磁场平行磁场平行磁通量磁通量最大最大零零磁通量变化率磁通量变化率零零最大最大感应电动势感应电动势零零最大最大线圈边缘线速线圈边缘线速度度与磁场方向夹与磁场方向夹角角090感应电流感应电流零零最大最大电流方向电流方向改变改变不变不变7/13/2024特特别提提醒醒：(1)在在线圈圈转动过程程中中，磁磁通通量量最最大大时，磁磁通通量量变化化率率恰恰好好为零零；磁磁通通量量为零零时，磁磁通通量量变化化率率恰恰好最大好最大(2)感感应电动势的大小由磁通量的大小由磁通量变化率决定，与磁通量化率决定，与磁通量的大小没有直接关系的大小没有直接关系7/13/2024即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(双双选)关于中性面，下列关于中性面，下列说法正确的是法正确的是()A线圈圈在在转动中中经中中性性面面位位置置时，穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量最最大，磁通量的大，磁通量的变化率化率为零零B线圈圈在在转动中中经中中性性面面位位置置时，穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量为零，磁通量的零，磁通量的变化率最大化率最大C线圈每圈每经过一次中性面，感一次中性面，感应电流的方向就改流的方向就改变一次一次7/13/2024解解析析：选AC.中中性性面面是是线圈圈平平面面与与磁磁感感线垂垂直直的的位位置置，线圈圈经过该位位置置时，穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量最最大大，各各边都都不不切切割割磁磁感感线，不不产生生感感应电动势，所所以以磁磁通通量量的的变化化率率为零零，A项正正确确，B项错误；线圈圈每每经过一一次次中中性性面面，感感应电流流的的方方向向改改变一一次次，但但线圈圈每每转一一周周要要经过中中性性面面两两次次，所所以以每每转一一周周，感感应电流流方方向向就就改改变两两次次，C项正确，正确，D项错误故正确答案故正确答案为A、C两两项7/13/2024三、正弦交三、正弦交变电流瞬流瞬时值、峰、峰值表达式的推表达式的推导1瞬瞬时值表达式的推表达式的推导图2167/13/2024若若线圈圈平平面面从从中中性性面面开开始始转动，如如图216，则经时间t：7/13/20242峰峰值和瞬和瞬时值(1)峰峰值：在在以以上上各各表表达达式式中中Em、Im、Um是是电动势、电流流、电压所所能能达达到到的的最最大大值，叫叫交交流流电的的峰峰值，其其中中EmNBS，N表示表示线圈的匝数圈的匝数交交变电动势的最大的最大值由由线圈匝数圈匝数N、磁感、磁感应强强度度B、转动角速度角速度和和线圈面圈面积S决定，与决定，与线圈的形状无关，与圈的形状无关，与转轴的位置无关，如的位置无关，如图217所示的几种情况中，如果所示的几种情况中，如果N、B、S、均相同，均相同，则感感应电动势的峰的峰值均均为EmNBS.7/13/2024图217(2)瞬瞬时值：e、i、u是与交是与交变电流某个流某个时刻刻t对应的的这几几个量的瞬个量的瞬时值7/13/2024特别提醒：特别提醒：(1)瞬时值与开始计时的位置及线圈瞬时值与开始计时的位置及线圈转动的时间有关转动的时间有关若线圈从中性面开始计时，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，若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost.(2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关关7/13/2024即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3(双双选)一一个个矩矩形形线圈圈在在匀匀强强磁磁场中中匀匀速速转动时产生生的的交交变电动势e220 sin100t V，则下下列列判判断断正正确确的的是是()At0时，线圈位于中性面位置圈位于中性面位置Bt0时，穿，穿过线圈平面的磁通量最大圈平面的磁通量最大Ct0时，线圈的有效圈的有效边切割速度方向垂直磁感切割速度方向垂直磁感线Dt0.1 s时，线圈中感圈中感应电动势达到最大达到最大值7/13/2024解析：解析：选AB.t0时，e0，此，此时线圈圈处于中性于中性面位置，磁通量最大，感面位置，磁通量最大，感应电动势为零，零，线圈的圈的有效有效边切割速度方向与磁感切割速度方向与磁感线平行，平行，A、B正确，正确，C错误；当；当sin100t1即即100t 也即也即t s时电动势达到最大达到最大值，故，故D错7/13/2024四、正确四、正确认识正弦交正弦交变电流的流的图象象正弦交正弦交变电流随流随时间变化情况可以从化情况可以从图象上表示出来，象上表示出来，图象描述的是交象描述的是交变电流、流、电压随随时间变化的化的规律，它律，它们是正弦曲是正弦曲线，如，如图218所示所示图2187/13/2024从从图象中可以解象中可以解读到以下信息：到以下信息：1交交变电流的最大流的最大值Im、Em、周期、周期T.2因因线圈圈在在中中性性面面时感感应电动势、感感应电流流均均为零零，磁磁通量最大，所以可确定通量最大，所以可确定线圈位于中性面的圈位于中性面的时刻刻3找出找出线圈平行于磁感圈平行于磁感线的的时刻刻4判断判断线圈中磁通量的圈中磁通量的变化情况化情况5分析判断分析判断i、e随随时间的的变化化规律律7/13/2024特特别提提醒醒：(1)用用物物理理图象象反反映映某某些些物物理理量量的的变化化过程程，可可对整个整个变化化过程或某一瞬程或某一瞬态进行深入研究行深入研究(2)根据交流根据交流电的的图象画出穿象画出穿过线圈的磁通量圈的磁通量随随时间t变化的化的图象，两象，两图象周期相同象周期相同7/13/2024即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)4.图2197/13/2024(单选)如如图219所所示示，一一矩矩形形线圈圈abcd放放置置在在匀匀强强磁磁场中中，并并绕过ab、cd中中点点的的轴OO以以角角速速度度逆逆时针匀匀速速转动若若以以线圈圈平平面面与与磁磁场夹角角0时(如如图)为计时起起点点，并并规定定当当电流流自自a流流向向b时电流流方方向向为正正则下下列列四四幅幅图中正确的是中正确的是()7/13/2024图21107/13/2024解解析析：选D.矩矩形形线圈圈在在匀匀强强磁磁场中中绕垂垂直直于于磁磁场方方向向的的轴转动时，产生生的的电流流按按正正弦弦规律律变化化，由由于于t0时，线圈圈的的转动方方向向如如题图，由由右右手手定定则判判断断可可得得，此此时ad中中电流流方方向向为由由a到到d，线圈圈中中电流流方方向向为adcba，与与规定定的的电流流正正方方向向相相反反，电流流为负值又又因因为此此时产生生的感的感应电动势最大，故只有最大，故只有D正确正确7/13/2024课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一交交变电流的流的产生原理生原理 (单选)一一矩矩形形线圈圈绕与与匀匀强强磁磁场垂垂直直的的中中心心轴OO按按顺时针方方向向旋旋转，引引出出线的的两两端端与与互互相相绝缘的的半半圆铜环连接，两个半接，两个半圆环分分别与固定与固定电刷刷A、B滑滑动接接触触，电刷刷间接接有有电阻阻R，如如图2111所所示示，在在线圈圈转动过程中，通程中，通过电阻的阻的电流流()例例例例1 17/13/2024图21117/13/2024A大小和方向都不断大小和方向都不断变化化B大小和方向都不大小和方向都不变C大小不断大小不断变化，方向化，方向为ARBD大小不断大小不断变化，方向化，方向为BRA【精精讲精精析析】与与电刷刷A接接触触的的这一一侧的的导线切切割割磁磁感感线的的方方向向始始终相相同同，由由右右手手定定则可可知知产生生的的感感应电流的方向也不流的方向也不发生生变化化7/13/2024【答案答案】C【方法方法总结】关于交关于交变电流的流的产生，从生，从导体切割体切割磁感磁感线的角度考的角度考虑，是切割，是切割边的速度方向与磁的速度方向与磁场方方向的向的夹角呈周期性角呈周期性变化的化的结果；从磁通量果；从磁通量变化的角化的角度考度考虑，是，是线圈中的磁通量呈周期性圈中的磁通量呈周期性变化化产生的生的7/13/2024类型二类型二对中性面的中性面的认识 (双双选)线圈圈在在匀匀强强磁磁场中中绕垂垂直直于于匀匀强强磁磁场且在且在线圈平面内的圈平面内的轴匀速匀速转动时产生交生交变电流流，则下列下列说法中正确的是法中正确的是()A当当线圈位于中性面圈位于中性面时，线圈中感圈中感应电流最大流最大B当穿当穿过线圈的磁通量圈的磁通量为零零时，线圈中感圈中感应电动势最大最大C线圈圈在在磁磁场中中每每转一一周周，产生生的的感感应电流流方方向向改改变一一次次D每当每当线圈圈经过中性面中性面时，感，感应电流的方向就改流的方向就改变一次一次例例例例2 27/13/2024【精精讲精精析析】线圈圈位位于于中中性性面面时，线圈圈平平面面与与磁磁感感线垂垂直直，此此时磁磁通通量量最最大大，但但是是各各边都都不不切切割割磁磁感感线，或或者者说磁磁通通量量的的变化化率率为零零，所所以以感感应电动势为零零，而而穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量为零零时，切切割割磁磁感感线的的有有效效速速度度最最大大，磁磁通通量量的的变化化率率最最大大，所所以以感感应电动势最最大大，故故选项A错B正正确确；线圈圈在在磁磁场中中每每转一一圈圈，产生生的的感感应电流流方方向向改改变两两次次，C项错；很明；很明显D项正确正确【答案答案】BD7/13/2024【方方法法总结】首首先先要要牢牢记中中性性面面的的位位置置，不不可可记错；其其次次对于于中中性性面面的的特特点点，抓抓住住磁磁通通量量最最大大这一一根根本本点点，在在此此基基础上上推推理理得得出出感感应电动势的的情情况况；再再次次还要要明明确确线圈圈平平面面与与中中性性面面垂垂直直时的的特特点点；最最后后对比比这两两个个特特殊殊位置的特点加深理解，避免出位置的特点加深理解，避免出错7/13/2024类型三类型三交交变电流峰流峰值、瞬、瞬时值的的计算算 有一个有一个10匝正方形匝正方形线框，框，边长为20 cm，线框框总电阻阻为1，线框框绕OO轴以以10 rad/s的角速度匀的角速度匀速速转动，如，如图2112所示，垂直于所示，垂直于线框平面向里的匀框平面向里的匀强强磁磁场的磁感的磁感应强强度度为0.5 T问：图2112例例例例3 37/13/2024(1)该线框框产生生的的交交变电流流电动势最最大大值、电流流最最大大值分分别是多少？是多少？(2)线框框从从图示示位位置置转过60时，感感应电动势的的瞬瞬时值是是多多大？大？(3)写出感写出感应电动势随随时间变化的表达式化的表达式7/13/2024【思路点思路点拨】解答本解答本题时应把握以下两点：把握以下两点：(1)电动势最大最大值EmNBS.(2)根据根据计时起点确定瞬起点确定瞬时值表达式是表达式是eEmsint还是是eEmcost.7/13/2024【精精讲精析精析】(1)交交变电流流电动势最大最大值为EmNBS100.50.2210 V6.28 V，电流的最大流的最大值为Im A6.28 A.(2)线框框转过60时，感，感应电动势eEmsin605.44 V.(3)由由于于线框框转动是是从从中中性性面面开开始始计时的的，所所以以瞬瞬时值表表达式达式为eEmsint6.28sin10t V.【答案答案】见精精讲精析精析7/13/2024【方法方法总结】求解交求解交变电动势瞬瞬时值的步的步骤：(1)确定确定线圈圈转动是从哪个位置开始是从哪个位置开始计时的的(2)确定表达式是正弦确定表达式是正弦还是余弦是余弦(3)确确定定线圈圈转动的的角角速速度度及及线圈圈匝匝数数N、磁磁感感应强强度度B、线圈面圈面积S等等(4)求出峰求出峰值EmNBS，写出表达式，代入，写出表达式，代入时间求瞬求瞬时值7/13/2024类型四类型四交交变电流流图象的象的应用用 (单选)一一矩矩形形线圈圈，绕垂垂直直于于匀匀强强磁磁场并并位位于于线圈圈平平面面内内的的固固定定轴转动，绕圈圈中中的的感感应电动势e随随时间t的的变化如化如图2113所示，下列所示，下列说法中正确的是法中正确的是()例例例例4 47/13/2024图21137/13/2024At1时刻通刻通过线圈的磁通量圈的磁通量为零零Bt2时刻通刻通过线圈的磁通量的圈的磁通量的绝对值最大最大Ct3时刻通刻通过线圈的磁通量圈的磁通量变化率的化率的绝对值最大最大D每当每当e变换方向方向时，通，通过线圈的磁通量的圈的磁通量的绝对值都都为最大最大7/13/2024【思思路路点点拨】磁磁通通量量、磁磁通通量量的的变化化及及磁磁通通量量变化化率率 属属于于有有关关联但但内内涵涵不不同同的的三三个个物物理理量量，要要注注意意明明确确其其区区别，由由法法拉拉第第电磁磁感感应定定律律可可知知，感感应电动势正正比于比于 ，与，与、无关无关7/13/2024【自自主主解解答答】t1、t3时刻刻线圈圈中中的的感感应电动势e0，故故为线圈圈通通过中中性性面面的的时刻刻，通通过线圈圈的的磁磁通通量量为最最大大，磁磁通通量量的的变化化率率为零零，故故A、C两两项不不对；t2时刻刻eEm，线圈圈平平面面转到到与与磁磁感感线平平行行时刻刻，磁磁通通量量为零零，B项也也不不对；每每当当e变换方方向向时，也也就就是是线圈圈通通过中中性性面面的的时刻，通刻，通过线圈的磁通量圈的磁通量绝对值最大，最大，D项正确正确【答案答案】D【方法方法总结】正确理解正确理解图象中所描述的物理象中所描述的物理规律律及反映的物理及反映的物理现象是象是处理物理理物理问题的关的关键7/13/2024变式式训练(单选)图21147/13/2024如如图2114所所示示，处在在匀匀强强磁磁场中中的的矩矩形形线圈圈abcd，以以恒恒定定的的角角速速度度绕ab边转动，磁磁场方方向向平平行行于于纸面面并并与与ab垂垂直直在在t0时刻刻，线圈圈平平面面与与纸面面重重合合，线圈圈的的cd边离离开开纸面面向向外外运运动若若规定定abcda方方向向的的感感应电流流为正正，则下下图能能反反映映线圈圈感感应电流流i随随时间t变化化的的图线是是()7/13/2024图21157/13/2024解析：解析：选C7/13/2024本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用7/13/2024