（通用版）2018-2019版高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機 2.1 怎樣產(chǎn)生交變電流課件 滬科版選修3-2.ppt

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1、2.1怎樣產(chǎn)生交變電流,第2章交變電流與發(fā)電機,目標定位 1.會觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和直流的概念. 2.理解交變電流的產(chǎn)生過程，會分析電動勢和電流方向的變化規(guī)律. 3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流的瞬時值、最大值的物理含義.,內(nèi)容索引,,知識探究 新知探究 點點落實,達標檢測 當(dāng)堂檢測 鞏固反饋,知識探究,兩個發(fā)光二極管接成如圖1所示電路 (1)把電路接在干電池的兩端時，可以觀察到的現(xiàn)象是什么？,一、交變電流,答案,圖1,答案當(dāng)接在干電池兩端時，只有一個發(fā)光二極管會亮.,(2)把電路接在手搖式發(fā)電機兩端時，又會觀察到怎樣的現(xiàn)象？,答案當(dāng)接在手搖式發(fā)電機兩端

2、時，兩個發(fā)光二極管間或閃亮，原因是發(fā)電機產(chǎn)生與直流不同的電流，兩個發(fā)光二極管一會兒接通這一個，一會兒再接通另外一個，電流方向不停地改變.,,要點總結(jié) 1.交流：大小和方向都隨時間做變化的電流叫交變電流，簡稱 . 2.直流： 不隨時間變化的電流稱為直流. 、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流. 3.對直流電流和交變電流的區(qū)分主要是看電流 是否變化.,周期性,交流,大小,方向,方向,,例1(多選)如圖所示的圖像中屬于交變電流的有,,答案,,解析,,,解析選項A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流，但不是正弦式交變電流； 選項D中e的方向未變化，故是直流.,二、交變電流

3、的產(chǎn)生,答案,假定線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖2甲至丁所示.請分析判斷： (1)圖中，在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？,圖2,答案由B到A,答案,(2)在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？,答案由A到B,(3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中感應(yīng)電動勢為零，轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中的感應(yīng)電動勢最大？,答案線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時線圈中感應(yīng)電動勢為零，稱為中性面.線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的感應(yīng)電動勢最大.,答案,(4)大致畫出線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，電動勢e隨時間變化的曲線，從E經(jīng)過負載流向F的電流記為正，反之為負.在橫坐標上標出線圈到達甲、乙、丙、丁幾個位置時對應(yīng)的

4、時刻.,答案,答案,,要點總結(jié) 1.交流發(fā)電機的構(gòu)造：主要由可轉(zhuǎn)動的 (電樞)和 兩部分組成. 2.正弦式交變電流的產(chǎn)生：將閉合線圈置于 磁場中，并繞________ 方向的軸 轉(zhuǎn)動. 3.中性面線圈平面與磁感線 時的位置 (1)線圈處于中性面位置時，穿過線圈的 ，但線圈中的感應(yīng)電動勢為 (填“最大”或“零”). (2)線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈中感應(yīng)電動勢方向都要改變.線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電動勢方向改變 次.,線圈,磁體,勻強,垂直磁場,勻速,垂直,最大,零,兩,4.旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機和旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機,(1) 旋轉(zhuǎn)電樞式 發(fā)電機,磁體,線圈,線圈,磁體,5.交變電流的電能從哪里來

5、 從能量轉(zhuǎn)化的角度看，發(fā)電機是把 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C器.,機械能,例2(多選)矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是 A.當(dāng)線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大 B.當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動勢也為零 C.每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向就改變一次 D.線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零,,,答案,,解析,,,解析線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動勢等于零，也應(yīng)該知道此時穿過線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)

6、電流的方向也就在此時刻變化.線框垂直于中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動勢最大，也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大.故C、D選項正確.,,如圖3所示是圖2中線圈ABCD在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時的截面圖.設(shè)AB邊長為L1，BC邊長為L2，線圈面積SL1L2，磁感應(yīng)強度為B，線圈轉(zhuǎn)動的角速度為，則：,三、交變電流的變化規(guī)律,,圖3,(1)甲、乙、丙位置AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢各為多大？,答案甲：eAB0,答案,(2)甲、乙、丙位置整個線圈中的感應(yīng)電動勢各為多大？,答案整個線圈中的感應(yīng)電動勢由AB和CD兩部分產(chǎn)生，且eABeCD，所以 甲：

7、e0 乙：eeABeCDBSsin t 丙：eBS,答案,(3)若線圈有n匝，則甲、乙、丙中整個線圈的感應(yīng)電動勢各為多大？,答案若線圈有n匝，則相當(dāng)于n個完全相同的電源串聯(lián)，所以 甲：e0 乙：enBSsin t 丙：enBS,答案,要點總結(jié) 1.正弦式交變電流的瞬時值表達式 (1)當(dāng)從中性面開始計時：e . (2)當(dāng)從與中性面垂直的位置開始計時：e. 2.正弦式交變電流的最大值表達式 EmaxnBS 與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸的位置 .(填“有關(guān)”或“無關(guān)”),,,Emaxsin t,Emaxcos t,無關(guān),3.兩個特殊位置 (1)中性面：線圈平面與磁場 . ， 為 ，e為 ，i為

8、.(填“0”或“最大”) 線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈感應(yīng)電流的方向要改變.線圈轉(zhuǎn)動一圈，感應(yīng)電流方向改變 次. (2)垂直中性面：線圈平面與磁場 . 為 ， ，e為 ，I .(填“0”或“最大”),,,最大,0,垂直,0,0,兩,平行,0,最大,最大,最大,4.(1)正弦式交變電流的圖像及應(yīng)用,或,從中性面計時從垂直中性面(BS)計時,(2)從正弦式交變電流的圖像中可以解讀到以下信息： 交變電流的周期T、最大值Em. 因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時刻，也可根據(jù)感應(yīng)電動勢最大值找出線圈平行磁感線的時刻.,判斷線圈中磁通量最小、最大的時

9、刻及磁通量變化率 最 、最小的時刻. 分析判斷e的大小和方向隨時間變化的規(guī)律.,大,例3如圖4所示，線圈的面積是0.05 m2，共100匝，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B T，當(dāng)線圈以300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時，求：,,,圖4,(1)若從線圈的中性面開始計時，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式.,解析n300 r/min5 r/s，因為從中性面開始轉(zhuǎn)動，并且求的是瞬時值， 故eEmaxsin tNBS2nsin (2nt)50sin (10t)V,答案e50sin(10t)V,答案,解析,(2)從中性面開始計時，線圈轉(zhuǎn)過 s時電動勢瞬時值多大？,,,答案,解析,答案43.3 V,例4線圈

10、在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖像如圖5所示，由圖中信息可以判斷,,,圖5,A.在A和C時刻線圈處于中性面位置 B.在B和D穿過線圈的磁通量為零 C.從AD線圈轉(zhuǎn)過的角度為2 D.若從OD歷時0.02 s，則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變100次,答案,,解析,解析根據(jù)題圖，首先判斷出交變電流的瞬時值表達式iImaxsin t.其中Imax是交變電流的最大值，是線圈旋轉(zhuǎn)的角速度.另外，應(yīng)該進一步認識到線圈是從中性面開始旋轉(zhuǎn)，而且線圈每旋轉(zhuǎn)一周，兩次經(jīng)過中性面，經(jīng)過中性面的位置時電流改變方向，從題圖可以看出，在O、B、D時刻電流為零，所以此時刻線圈恰好在中性面的位置，且穿過

11、線圈的磁通量最大；在A、C時刻電流最大，線圈處于和中性面垂直的位置，此時磁通 量為零；從A到D，線圈旋轉(zhuǎn) 周，轉(zhuǎn)過的角度為 ；如果從O到D歷時 0.02 s，恰好為一個周期，所以1 s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過50個周期，100次經(jīng)過中性面，電流方向改變100次.綜合以上分析可得，只有選項D正確.,針對訓(xùn)練(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖6所示，下列結(jié)論正確的是,圖6,A.在t0.1 s和t0.3 s時，電動勢最大 B.在t0.2 s和t0.4 s時，電動勢改變方向 C.電動勢的最大值是157 V D.當(dāng)t0.4 s時，磁通量變化率

12、達到最大，其值為 3.14Wb/s,答案,,解析,,t0.1 s 和t0.3 s時，最大，e0，電動勢改變方向；t0.2 s和t0.4 s時，0，eEmax最大，故A、B錯誤.,達標檢測,1.(交變電流的產(chǎn)生)(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有,答案,1,2,3,4,,,,2.(交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律)(多選)如圖7所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，則在0 這段時間內(nèi),答案,圖7,1,2,3,4,,A.線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B.線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C.穿過線圈的磁通量一直在減小 D.穿過

13、線圈的磁通量的變化率一直在減小,,,解析,1,2,3,4,,3.(交變電流的圖像)一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖8甲所示，則下列說法中正確的是,答案,1,2,3,4,解析,圖8,A.t0時刻，線圈平面與中性面垂直 B.t0.01 s時刻，的變化率最大 C.t0.02 s時刻，交變電動勢達到最大 D.該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動勢的圖像 如圖乙所示,,解析由題圖甲可知t0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面. t0.01 s時刻，磁通量為零，但變化率最大，所以A項錯誤，B項正確. t0.02 s時，感應(yīng)電動勢應(yīng)為零，C、D項均錯誤.,1,2,3,4,1,2,3,4,,4.(交變電流的變化規(guī)律)如圖9所示，勻強磁場的磁感應(yīng) 強度B T，邊長L10 cm的正方形線圈abcd共100匝， 線圈總電阻r1 ，線圈繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度2 rad/s，外電路電阻R4 .求： (1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值.,圖9,答案,解析,解析設(shè)轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值為Em，則EmNBL2,1,2,3,4,,(2)從圖示位置開始感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式.,答案,解析,1,2,3,4,,(3)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過30角電路中電流的瞬時值.,答案,解析,