高中物理课件：第一节《交变电流的产生和变化规律》（人教版选修3-2）

欢迎进入物理课堂 第一节交变电流的产生和变化规律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 知道什么是交变电流 2 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 重点难点 1 交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点 2 交变电流产生的物理过程的分析及图象的表达 课前自主学案 一 交变电流的产生1 交变电流 大小和方向都随时间做 变化的电流叫交变电流 简称交流 2 实验装置 如图17 1 1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 在图甲所示位置时 线圈中无电流 周期性 图17 1 1 在线圈由图甲所示位置转到图乙所示位置的过程中 AB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中 CD边中电流方向为 当线圈转到图乙和图丁所示位置时 线圈中的电流 从B到A 从C到D 最大 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i u e 其中i u e分别表示电流 电压 电动势的 Im Um Em分别表示电流 电压 电动势的 Imsin t Umsin t Emsin t 瞬时值 最大值 2 正弦交变电流的图象 如图17 1 2所示 图17 1 2 3 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 常见的有以下几种 如图17 1 3所示 图17 1 3 核心要点突破 二 交变电流的瞬时值表达式的推导图17 1 4设线圈从中性面起经时间t转过角度 则 t 此时两边ab cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为 t和 180 t 如图17 1 4所示 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 此时加在电路的某一段电阻R 上的电压瞬时值 u iR ImR sin t Umsin t 特别提醒 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 2 确定表达式是正弦还是余弦 3 确定转动的角速度 及N B S等 4 求出峰值Em 写出表达式 代入角度求瞬时值 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17 1 5所示 图17 1 5 从图象中可以解读到以下信息 1 交变电流的电流最大值Im 电动势最大值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 课堂互动讲练 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e随时间t的变化如图17 1 6所示 下列说法中正确的是 图17 1 6 A t1时刻通过线圈的磁通量为零B t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 思路点拨 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率为零 2 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 3 线圈中产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比 自主解答 t1 t3时刻线圈中的感应电动势e 0 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A C不对 t2时刻e Em 是线圈平面转至与磁感线平行的时刻 磁通量为零 B也不对 每当e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D正确 答案 D 点评 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 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 之间的对应关系 三判 在此基础上进行正确的分析 判断 变式训练1处在匀强磁场中的矩形线圈abcd 以恒定的角速度绕ab边转动 磁场方向平行于纸面并与ab垂直 在t 0时刻 线圈平面与纸面重合 如图17 1 7甲 线圈的cd边离开纸面向外运动 若规定由a b c d a方向的感应电流为正 则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是 图17 1 7 解析 选C 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c d a b c跟规定的正方向相同 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 如图17 1 8所示有一闭合的正方形线圈 匝数N 100 边长为10cm 线圈总电阻为10 线圈绕OO 轴在B 0 5T的匀强磁场中匀速转动 每分钟转1500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 图17 1 8 解析 由题给条件可知 N 100匝 B 0 5T f 1500r min 25Hz 2 f 50 rad s S 0 01m2 所以感应电动势的最大值为Em NB S 100 0 5 50 0 01V 78 5V 从图示位置 即中性面位置 开始计时 产生交变电动势的瞬时值表达式为e Emsin t 所以转过30 角时的电动势 答案 39 3V 点评 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 进而确立表达式是正弦还是余弦形式 2 识记Em nBS 解题中可直接代入 不必推导 3 按通式e Emsin t或e Emcos t代入Em及 的具体数值 解析 选C 交变电动势瞬时值表达式为e Emsin t 而Em NBS 当 加倍而S减半时 Em不变 故C选项正确 如图17 1 9所示 匀强磁场B 0 1T 所用矩形线圈的匝数n 100匝 边长ab 0 2m bc 0 5m 以角速度 100 rad s绕OO 轴匀速转动 当线圈平面通过中性面时开始计时 试求 图17 1 9 答案 1 e 314sin100 tV 2 200V 答案 1 10 2C 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