高中物理3.2《交变电流是怎样产生的》课件 （鲁科选修3-2）

欢迎进入物理课堂 第2节交变电流是怎样产生的 课标定位 学习目标 1 理解交变电流的产生原理 掌握中性面的特点 2 掌握交变电流的变化规律 熟悉正弦交变电流的瞬时值表达式和图象 3 学会灵活运用正弦交变电流的图象和三角函数表达式解决问题 重点难点 1 交变电流的原理及其规律 2 交变电流图象的分析及应用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节 课前自主学案 课前自主学案 一 交流发电机1 原理 由法拉第 可知 只要通过闭合导体的 发生变化 就可以产生感应电动势和 2 构造 发电机主要由 电枢 和 两部分组成 3 种类 电磁感应定律 磁通量 线圈 感应电流 磁极 磁极 电枢 电枢 磁极 二 交变电流的产生原理1 产生方法 闭合线圈在匀强磁场中绕 于磁场的轴匀速 2 过程分析图3 2 13 中性面 线圈平面与磁场 的位置 垂直 转动 垂直 思考感悟线圈转一周有几次经过中性面 电流方向改变几次 提示 线圈每转一周 两次经过中性面位置 每经过中性面位置时 电流方向改变 所以线圈每转一周 电流方向改变两次 三 交变电流的变化规律1 正弦式交变电流 按 规律变化的交变电流 2 函数和图象 正弦 注 表达式中Em Um Im分别是电动势 电压和电流的最大值 而e u i则是这几个量的瞬时值 核心要点突破 一 交变电流的产生原理1 典型模型 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3 2 2所示 图3 2 2 2 过程分析 如图3 2 3所示 图甲中 导体不切割磁感线 线圈中无感应电流 图乙中 导体AB CD垂直切割磁感线 线圈中感应电流最大 且电流方向为B A D C B 图丙中 导体又不切割磁感线 线圈中无感应电流 图丁中 导体AB CD又垂直切割磁感线 线圈中感应电流最大 且电流方向为A B C D A 由丁图再转动又回到甲图 如此循环周而复始 图3 2 3 S表示线圈的面积 S L1L2 上式可以写成 e Emsin t 其中Em是感应电动势的最大值 也叫峰值 感应电动势按正弦规律变化 因此这种交变电流叫做正弦交流电 若从最大值位置计时 可以推导出感应电动势的余弦表达式 图3 2 4 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年温州高二检测 一个矩形线圈abcd 已知ab为L1 ad为L2 在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO 轴以角速度 从图3 2 5中位置开始 匀速转动 则线圈中感应电动势的大小为 图3 2 5 二 交变电流的 四值 的比较 特别提醒 产生正弦交流电的条件 匀强磁场 转轴与磁场垂直 线圈匀速转动 与转轴位置和线圈形状无关 因此 在图3 2 6中 只要线圈的匝数n 磁感应强度B 转动角速度 和线圈面积S一定 产生的感应电动势的最大值Em也就确定了 Em nBS 图3 2 6 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图3 2 7所示 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一匝数为N的矩形线圈 其面积为S 电阻为r 线圈两端外接一电阻为R的用电器和一个交流电压表 若线圈绕对称轴OO 以角速度 做匀速转动 则线圈从图示位置转过90 的过程中 下列说法正确的是 图3 2 7 三 正弦交变电流的图象及特殊位置的特点1 用图象描述交变电流的变化规律 在中性面时t 0 2 图象中可以解读的信息 1 交变电流的最大值Im Em 周期T 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 找出线圈平行于磁感线的时刻 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 3 特殊位置 时刻 物理量的特点 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图3 2 8所示 则下列说法中 不正确的是 图3 2 8 A t 0时刻 线圈平面位于中性面B t 0 01s时刻 穿过线圈平面的磁通量的变化率最大C t 0 02s时刻 线圈中有最大感应电动势D t 0 03s时刻 线圈中有最大感应电流 解析 选A 在产生正弦交流电的过程中 穿过线圈的磁通量 最大时 即在中性面时 感应电动势最小 为零 反之 当穿过线圈的磁通量最小时 产生的感应电动势和感应电流却最大 由图可知 t 0时 0 线圈平面与中性面垂直 t 0 01s时 0 感应电动势最大 即穿过线圈平面的磁通量变化率最大 t 0 02s时 0 感应电动势最大 t 0 03s与t 0 01s时的感应电流相等 都为最大值 课堂互动讲练 在交变电流的产生实验中 关于中性面 下列说法不正确的是 A 此时线圈各边都不切割磁感线 感应电流等于零B 磁感线垂直于该时刻的线圈平面 所以磁通量最大 磁通量的变化率最大C 线圈平面每次经过中性面时 感应电流的方向一定会发生改变D 线圈平面处于跟中性面垂直的位置时 磁通量的变化率最大 感应电动势 感应电流均最大 电流方向不变 答案 B 图3 2 9 答案 1 e 50sin10 tV 2 43 3V 方法总结 交变电流瞬时表达式问题的破解程序 观察线圈的转动轴是否与磁感线垂直 从中性面开始计时 电动势是按正弦规律变化 从线圈转到与磁感线平行时开始计时 电动势是按余弦规律变化 计算电动势最大值和角速度 写出电动势的瞬时表达式 2010年高考广东理综卷改编 如图3 2 10是某种正弦式交变电压的波形图 由图可确定该电压的 图3 2 10 A 周期是0 01sB 最大值是311VC 有效值是311VD 表达式为u 220sin100 t V 答案 B 变式训练一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时 产生的交变电动势的图象如图3 2 11所示 则 图3 2 11 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全