高中物理 第5章 交變電流 第1節(jié) 交變電流課件 新人教版選修3-2

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1、第 五 章 交 變 電 流第 一 節(jié) 交 變 電 流 知道什么是交變電流掌握交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律理解正弦交流電的圖象及表達(dá)式 我們的日常生活離不開電，城市的燈火輝煌、工廠里的機(jī)器轟鳴，一切都離不開電。長江三峽水力發(fā)電站已投入生產(chǎn)，各地火力發(fā)電廠比比皆是，它們的共同之處就是生產(chǎn)和輸送的大多都是交變電流(如圖是實(shí)驗(yàn)室手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流)。什么是交變電流？與直流電流有什么不同？它又是如何產(chǎn)生的呢？ 1 知 識(shí) 自 主 梳 理2 重 點(diǎn) 難 點(diǎn) 突 破3 考 點(diǎn) 題 型 設(shè) 計(jì)4 易 錯(cuò) 案 例 剖 析5 課 堂 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu)6 隨 堂 鞏 固 提 升7 課 時(shí) 作 業(yè) 知 識(shí) 自 主 梳

2、 理 1交 變 電 流大小和方向都隨時(shí)間做_的電流。注：大小不變方向改變的電流也是交變電流。2直 流 電 ：_不隨時(shí)間變化的電流。3圖 象 特 點(diǎn)(1)恒定電流的圖象是一條與時(shí)間軸_。(2)交變電流的圖象有時(shí)會(huì)在時(shí)間軸的上方，有時(shí)會(huì)在時(shí)間軸的下方，即隨_做周期性變化。交 變 電 流知 識(shí) 點(diǎn) 1周期性變化 方向 平行的直線 時(shí)間 1產(chǎn) 生 方 法閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸_轉(zhuǎn)動(dòng)。交 變 電 流 的 產(chǎn) 生知 識(shí) 點(diǎn) 2勻速 2產(chǎn) 生 過 程 (示意圖)。(在下面橫線上填“ABCD”或“DCBA”)注 ：在甲、丙位置時(shí)線圈中沒有電流，在乙、丁位置時(shí)線圈中電流最大。3中 性 面線圈平面與

3、磁場_的位置。垂直 ABCD ABCD DCBADCBA 1正 弦 式 交 變 電 流(1)定義：按_變化的交變電流，簡稱正弦式電流。(2)函數(shù)和圖象：交 變 電 流 的 變 化 規(guī) 律知 識(shí) 點(diǎn) 3正弦規(guī)律 EmsintUmsintI msint 特 別 提 醒 表達(dá)式中Em、Um、Im分別是電動(dòng)勢、電壓和電流的峰值，而e、u、i則是這幾個(gè)量的瞬時(shí)值。 2幾 種 不 同 類 型 的 交 變 電 流 重 點(diǎn) 難 點(diǎn) 突 破 1.產(chǎn) 生在勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈里產(chǎn)生的是交變電流，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。一 、 交 變 電 流 的 產(chǎn) 生 過 程 2過 程 分 析如圖所示。 (1

4、)如圖A所示：線圈由甲位置轉(zhuǎn)到乙位置過程中，電流方向?yàn)閍bcd。線圈由乙位置轉(zhuǎn)到丙位置過程中，電流方向?yàn)閍bcd。線圈由丙位置轉(zhuǎn)到丁位置過程中，電流方向?yàn)閎adc。線圈由丁位置轉(zhuǎn)到戊位置過程中，電流方向?yàn)閎adc。(2)如圖B所示：在乙位置和丁位置時(shí)，線圈垂直切割磁感線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢和電流最大；在甲位置和丙位置時(shí)，線圈不切割磁感線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢和電流均為零。 3兩 個(gè) 特 殊 位 置 物 理 量 的 特 點(diǎn)特 別 提 醒 (1)線圈每一次經(jīng)過中性面，線圈中感應(yīng)電流就要改變方向。(2)線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電流方向改變兩次。名稱中性面中性面的垂面位置線圈平面與磁場垂直線面平面與磁場平行磁通量最大零磁通

5、量的變化率零最大感應(yīng)電動(dòng)勢零最大線圈邊框切割磁感線的有效速度零最大感應(yīng)電流零最大電流方向改變不變 答 案 ：燈絲中通有交變電流解 析 ：磁場對電流有安培力的作用，當(dāng)磁鐵靠近燈泡時(shí)，燈絲中的電流受到安培力。燈絲的抖動(dòng)說明通過燈絲的電流的大小或者方向都可能發(fā)生了變化。 1瞬 時(shí) 值 表 達(dá) 式 的 推 導(dǎo)若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則經(jīng)時(shí)間t (1)線圈轉(zhuǎn)過的角度為t(2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角t二 、 交 變 電 流 的 規(guī) 律 分 析 特 別 提 醒 (1)若線圈從中性面開始計(jì)時(shí)，eEmsint。若線圈從位于與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)，eEmcost，所用瞬時(shí)值表達(dá)式與開始

6、計(jì)時(shí)的位置有關(guān)。(2)物理學(xué)中，正弦交變電流與余弦交變電流都統(tǒng)稱為正弦式交變電流，簡稱正弦式電流。(3)交變電動(dòng)勢的峰值EmNBS，由線圈匝數(shù)N，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及線圈面積S決定。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到穿到線圈的磁通量為0的位置時(shí)，取得此值。 答 案 ：平行關(guān)系，零。解 析 ： (1)圖示位置左右兩條邊的速度方向與磁場方向平行，不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。(2)從磁通量變化的角度分析，圖示位置磁通量最大，但變化率為0，所以感應(yīng)電動(dòng)勢為0。 1.正 弦 曲 線正弦交變電流隨時(shí)間變化情況可以從圖象上表示出來，圖象描述的是交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，它是一條正弦曲線，如圖所示。三 、 正 弦 式 交

7、變 電 流 的 圖 象 2從 圖 象 中 可 以 解 讀 到 以 下 信 息(1)交變電流的最大值Im、Em。(2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻。(3)可找出線圈平行磁感線的時(shí)刻。(4)判斷線圈中磁通量的變化情況。(5)分析判斷i、e隨時(shí)間的變化規(guī)律。 特 別 提 醒 解決圖象問題的基本方法：一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”。二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間的變通能力。三判斷：結(jié)合圖象和公式進(jìn)行正確分析和判斷。 答 案 ： t1、t3時(shí)刻線圈平面處于與磁場垂直的位置；t2、t4時(shí)刻線圈平面與磁場平行。解 析

8、 ： t1、t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為零，線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，線圈平面垂直于磁場；t2、t4時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢最大，線圈位于中性面的垂直位置，穿過線圈的磁通量為零，線圈平面平行于磁場(即題圖中位置)。 考 點(diǎn) 題 型 設(shè) 計(jì) 題 型 1 對 交 變 電 流 產(chǎn) 生 過 程 的 理 解 解 析 ： (1)線圈處于題圖甲所示中性面的位置時(shí)，線圈的AB邊或CD邊的速度方向與磁感線方向平行，所以不切割磁感線，線圈中的感應(yīng)電流是零，磁通量變化率為零。(2)線圈處于與中性面垂直的位置時(shí)，線圈的AB邊或CD邊的速度方向與磁感線方向垂直，所以切割磁感線的速度最大，線圈中的感應(yīng)電流最大，磁通量的

9、變化率最大。答 案 ：見解析 C 題 型 2 對 交 變 電 流 圖 象 的 理 解 D B 解 析 ：由題圖甲可知，t0和t0.02s時(shí)刻，值最大，線圈平面恰在中性面位置，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，而t圖象在t0.01s和t0.03s時(shí)刻切線的斜率最大，即的變化率最大，交流電動(dòng)勢達(dá)到最大值。 題 型 3 交 變 電 流 的 變 化 規(guī) 律 答 案 ： (1)e314sin100t(V)(2)200V點(diǎn) 評 ：要理解平均電動(dòng)勢既不是最大電動(dòng)勢值的一半，也不是等于歷時(shí)一半時(shí)間的瞬時(shí)電動(dòng)勢，必須由法拉第電磁感應(yīng)定律求解。 C 解 析 ：根據(jù)EmNBS，若風(fēng)速減小到原來的一半時(shí)，則最大感應(yīng)電動(dòng)勢也變小，所以感

10、應(yīng)電流也變??；根據(jù)轉(zhuǎn)速與周期成反比，可知，若風(fēng)速減小到原來的一半時(shí)，則周期變大為原來兩倍，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 易 錯(cuò) 案 例 剖 析 A 易 錯(cuò) 分 析 ：本題易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因分析如下：易錯(cuò)選項(xiàng)錯(cuò)誤原因B只分析對了線圈在0到90的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電流的方向，在90到180時(shí)分析過程中，電流的方向產(chǎn)生了錯(cuò)誤C在0到90的分析過程中，電流的大小產(chǎn)生了錯(cuò)誤D在0到90的分析過程中，電流的方向產(chǎn)生了錯(cuò)誤 正 確 解 答：若從圖示位置開始計(jì)時(shí)，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90的過程中，只有ab邊切割磁感線，相當(dāng)于向右切割，故感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcba，為負(fù)方向，大小相當(dāng)于半個(gè)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，但還是正弦的形式，這一部分A、B的表示都是正確的；在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90到180的過程中，只有cd邊切割磁感線，相當(dāng)于向左切割，故感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcba，為負(fù)方向，大小相當(dāng)于半個(gè)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，但還是正弦的形式，這一部分B項(xiàng)表示的方向是不正確的；再按同樣的方法繼續(xù)分析可以得到A項(xiàng)是正確的。 課 堂 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 隨 堂 鞏 固 提 升 課 時(shí) 作 業(yè)