高考物理 核心要点突破系列 第17章第一节《交变电流的产生和变化规律》课件 新人教版选修32

第一节交变电流的产生和变化规律第一节交变电流的产生和变化规律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第一节第一节课前自主学案课前自主学案目标概览目标概览目标概览目标概览学习目标：学习目标：1.知道什么是交变电流知道什么是交变电流2理解交变电流的产生及变化规律理解交变电流的产生及变化规律3了解正弦交流电的图象和三角函数表达式了解正弦交流电的图象和三角函数表达式重点难点：重点难点：1.交变电流产生的物理过程的分析及交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点中性面的特点2交变电流产生的物理过程的分析及图象的表交变电流产生的物理过程的分析及图象的表达达课前自主学案课前自主学案一、交变电流的产生一、交变电流的产生1交变电流：大小和方向都随时间做交变电流：大小和方向都随时间做_变变化的电流叫交变电流，简称交流化的电流叫交变电流，简称交流2实验装置：如图实验装置：如图1711甲所示，当磁场中甲所示，当磁场中的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生改变，产生交变电流改变，产生交变电流3过程分析：具体分析可从图中看出，在图甲所过程分析：具体分析可从图中看出，在图甲所示位置时，线圈中无电流；示位置时，线圈中无电流；周期性周期性图图1711在线圈由图甲所示位置转到图乙所示位置的过程在线圈由图甲所示位置转到图乙所示位置的过程中，中，AB边中电流流向为边中电流流向为_；在线圈由图丙所示位置转到图丁所示位置的过程在线圈由图丙所示位置转到图丁所示位置的过程中，中，CD边中电流方向为边中电流方向为_；当线圈转到图；当线圈转到图乙和图丁所示位置时，线圈中的电流乙和图丁所示位置时，线圈中的电流_从从B到到A从从C到到D最大最大二、交变电流的图象和变化规律二、交变电流的图象和变化规律1正弦交变电流的瞬时值表达式正弦交变电流的瞬时值表达式i_u_e_其中其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的分别表示电流、电压、电动势的_，Im、Um、Em分别表示电流、电压、分别表示电流、电压、电动势的电动势的_ImsintUmsintEmsint瞬时值瞬时值最大值最大值2正弦交变电流的图象：如图正弦交变电流的图象：如图1712所示所示图图17123几种不同类型的交变电流几种不同类型的交变电流实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图的有以下几种，如图1713所示所示图图1713核心要点突破核心要点突破二、交变电流的瞬时值表达式的推导二、交变电流的瞬时值表达式的推导图图1714设线圈从中性面起经时间设线圈从中性面起经时间t转过角度转过角度，则，则t，此时两边，此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的速度方向与磁感线方向的夹角分别为夹角分别为t和和(180t)，如图，如图1714所所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：中的感应电动势为：此时加在电路的某一段电阻此时加在电路的某一段电阻R上的电压瞬时值：上的电压瞬时值：uiRImRsintUmsint.特别提醒：特别提醒：求解交变电动势瞬时值的步骤：求解交变电动势瞬时值的步骤：(1)确定线圈转动是从哪个位置开始计时确定线圈转动是从哪个位置开始计时(2)确定表达式是正弦还是余弦确定表达式是正弦还是余弦(3)确定转动的角速度确定转动的角速度及及N、B、S等等(4)求出峰值求出峰值Em，写出表达式，代入角度求瞬时，写出表达式，代入角度求瞬时值值三、对正弦交变电流的图象的理解三、对正弦交变电流的图象的理解正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示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，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，如图它是一条正弦曲线，如图1715所示所示图图1715从图象中可以解读到以下信息：从图象中可以解读到以下信息：1交变电流的电流最大值交变电流的电流最大值Im、电动势最大值、电动势最大值Em、周期周期T.2因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为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零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻时刻3找出线圈平行磁感线的时刻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判断线圈中磁通量的变化情况5分析判断分析判断i、e随时间的变化规律随时间的变化规律课堂互动讲练课堂互动讲练一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时随时间间t的变化如图的变化如图1716所示，下列说法中正确的所示，下列说法中正确的是是()对交变电流的图象的理解对交变电流的图象的理解图图1716At1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大值都为最大【思路点拨思路点拨】解答本题时应注意把握以下三点：解答本题时应注意把握以下三点：(1)线圈经过中性面时，磁通量最大但磁通量变化线圈经过中性面时，磁通量最大但磁通量变化率为零率为零(2)线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零，但磁线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零，但磁通量变化率最大通量变化率最大(3)线圈中产生的感应电动势与磁通量的变化率成线圈中产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比正比【自主解答自主解答】t1、t3时刻线圈中的感应电动势时刻线圈中的感应电动势e0，故为线圈通过中性面的时刻，线圈的磁通量，故为线圈通过中性面的时刻，线圈的磁通量为最大，磁通量的变化率为零，故为最大，磁通量的变化率为零，故A、C不对不对t2时刻时刻eEm，是线圈平面转至与磁感线平行的，是线圈平面转至与磁感线平行的时刻，磁通量为零，时刻，磁通量为零，B也不对也不对每当每当e变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，通过线圈的磁通量的绝对值最大，所以通过线圈的磁通量的绝对值最大，所以D正确正确【答案答案】D【点评点评】图象可直观简捷地反映物理量间的关图象可直观简捷地反映物理量间的关系，对物理图象的分析要点是：系，对物理图象的分析要点是：一看：看一看：看“轴轴”、看、看“线线”、看、看“斜率斜率”、看、看“点点”二变：掌握二变：掌握“图与图图与图”、“图与式图与式”和和“图与物图与物”之间的对应关系之间的对应关系三判：在此基础上进行正确的分析、判断三判：在此基础上进行正确的分析、判断变式训练变式训练1处在匀强磁场中的矩形线圈处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸边转动，磁场方向平行于纸面并与面并与ab垂直在垂直在t0时刻，线圈平面与纸面重时刻，线圈平面与纸面重合合(如图如图1717甲甲)，线圈的，线圈的cd边离开纸面向外边离开纸面向外运动若规定由运动若规定由abcda方向的感应电流方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间随时间t变化的图变化的图线是线是()图图1717解析：解析：选选C.由右手定则或者楞次定律可以确定开由右手定则或者楞次定律可以确定开始时刻感应电流方向为始时刻感应电流方向为cdabc跟规定的跟规定的正方向相同，而且该时刻感应电流最大，故选正方向相同，而且该时刻感应电流最大，故选C.错选的主要原因是方向判断不清和起始时刻的电错选的主要原因是方向判断不清和起始时刻的电流是最大还是最小搞不清，说明对中性面这个概流是最大还是最小搞不清，说明对中性面这个概念和法拉第电磁感应定律理解不透念和法拉第电磁感应定律理解不透如图如图1718所示有一闭合的正方形线圈，所示有一闭合的正方形线圈，匝数匝数N100，边长为，边长为10 cm，线圈总电阻为，线圈总电阻为10 .线圈绕线圈绕OO轴在轴在B0.5 T的匀强磁场中匀速转动，的匀强磁场中匀速转动，每分钟转每分钟转1500转，求线圈平面从图示位置转过转，求线圈平面从图示位置转过30角时，感应电动势的值是多少？角时，感应电动势的值是多少？交变电流的瞬时表达式交变电流的瞬时表达式图图1718【解析解析】由题给条件可知：由题给条件可知：N100匝，匝，B0.5 T，f1500 r/min25 Hz，2f50 rad/s，S0.01 m2.所以感应电动势的最大值为所以感应电动势的最大值为EmNBS1000.5500.01 V78.5 V，从图示位置从图示位置(即中性面位置即中性面位置)开始计时，产生交变开始计时，产生交变电动势的瞬时值表达式为电动势的瞬时值表达式为eEmsint，所以转过，所以转过30角时的电动势角时的电动势【答案答案】39.3 V【点评点评】求解交变电流瞬时值时可分三步：求解交变电流瞬时值时可分三步：(1)确立线圈从哪个位置开始计时，进而确立表达确立线圈从哪个位置开始计时，进而确立表达式是正弦还是余弦形式；式是正弦还是余弦形式；(2)识记识记EmnBS，解题中可直接代入，不必推，解题中可直接代入，不必推导导(3)按通式按通式eEmsint或或eEmcost代入代入Em及及的具体数值的具体数值解析：解析：选选C.交变电动势瞬时值表达式为交变电动势瞬时值表达式为eEmsint，而，而EmNBS.当当加倍而加倍而S减半时，减半时，Em不变，故不变，故C选项正确选项正确如图如图1719所示，匀强磁场所示，匀强磁场B0.1 T，所，所用矩形线圈的匝数用矩形线圈的匝数n100匝，边长匝，边长ab0.2 m，bc0.5 m，以角速度，以角速度100 rad/s绕绕OO轴轴匀速转动当线圈平面通过中性面时开始计匀速转动当线圈平面通过中性面时开始计时试求：时试求：交变电流平均值的求法交变电流平均值的求法图图1719【答案答案】(1)e314 sin100t V(2)200 V答案：答案：1102 C