2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 1 交變電流課件 教科版選修3-2.ppt

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1、1 交變電流,第二章 交變電流,學(xué)習(xí)目標(biāo),知識(shí)探究,典例精析,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.會(huì)觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和正弦交變電流的概念. 2.理解交變電流的產(chǎn)生過(guò)程，會(huì)分析電動(dòng)勢(shì)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(shí)值、峰值的物理含義.,一、對(duì)交變電流的認(rèn)識(shí),,答案,(1)把圖1所示電路接在干電池的兩端時(shí)，可以觀察到什么現(xiàn)象？,答案 當(dāng)接在干電池兩端時(shí)，只有一個(gè)發(fā)光二極管會(huì)亮.,,知識(shí)探究,,,導(dǎo)學(xué)探究,(2)把圖1中電路接在手搖式發(fā)電機(jī)兩端時(shí)，又會(huì)觀察到怎樣的現(xiàn)象？并解釋看到的現(xiàn)象.,答案 當(dāng)接在手搖式發(fā)電機(jī)兩端時(shí)，兩個(gè)發(fā)光二極管 間或的閃亮，原

2、因是發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與直流不同的電流，兩個(gè)發(fā)光二極管一會(huì)兒接通這一個(gè)，一會(huì)兒再接通另外一個(gè)，電流方向不停地改變.,圖1,對(duì)交變電流的認(rèn)識(shí) (1)交變電流：大小和方向隨時(shí)間作 變化的電流叫交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng) . (2) 不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為直流. 、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為恒定電流. 注意：對(duì)直流電流和交變電流的區(qū)分主要是看電流 是否變化. (3)正弦交變電流：電流隨時(shí)間按 規(guī)律變化的交變電流叫正弦交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng) .,,,知識(shí)梳理,周期性,交流電,大小,方向,正弦函數(shù),正弦交流電,,答案,方向,如圖所示，屬于交流電的是( ),,,即學(xué)即用,C,,解析 方向隨時(shí)間作周期性變化是

3、交變電流最重要的特征.A、B、D三項(xiàng)所示的電流大小隨時(shí)間作周期性變化，但其方向不變，不是交變電流，它們所表示的是直流電. C選項(xiàng)中電流的方向隨時(shí)間作周期性變化，故選C.,解析答案,二、正弦交變電流的產(chǎn)生,假定線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖2甲至丁所示.請(qǐng)分析判斷：,,,導(dǎo)學(xué)探究,圖2,(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，線圈中的電流方向的變化情況.,,答案,答案,(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有最大值和最小值時(shí)線圈分別在什么位置？,,答案,答案 線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，此時(shí)線圈所處的平面稱(chēng)為中性面.線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時(shí)線圈中的電流最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大.,

4、正弦交變電流的產(chǎn)生條件及中性面的特點(diǎn) (1)正弦交變電流的產(chǎn)生條件：將閉合矩形線圈置于 磁場(chǎng)中，并繞 方向的軸 轉(zhuǎn)動(dòng). (2)中性面：線圈平面與磁感線 時(shí)的位置. ①線圈處于中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的Φ ，但線圈中的電流為 (填“最大”或“零”). ②線圈每次經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向都要改變.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變 次.,,,知識(shí)梳理,勻強(qiáng),垂直磁場(chǎng),,勻速,答案,垂直,最大,零,兩,(多選)當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是( ) A.電流將改變方向 B.磁場(chǎng)方向和線圈平面平行 C.線圈的磁通量最大 D.線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最

5、大,,解析答案,,,即學(xué)即用,解析 當(dāng)線圈平面與中性面重合時(shí)，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電流將改變方向，故選A、C.,AC,三、正弦交變電流的描述,如圖3是圖2中線圈ABCD在磁場(chǎng)中繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截面圖.線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω.經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是ωt，AB邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt.設(shè)AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，BC邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線圈面積S＝L1L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則：,,,導(dǎo)學(xué)探究,圖3,(1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？,,答案,答案 甲：eAB＝0,(2)甲、乙、丙中整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？,,答案,答案

6、 整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由AB和CD兩部分組成，且eAB＝eCD，所以 甲：e＝0 乙：e＝eAB＋eCD＝BSωsin ωt 丙：e＝BSω,(3)若線圈有n匝，則甲、乙、丙中整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大？,,答案,答案 若線圈有n匝，則相當(dāng)于n個(gè)完全相同的電源串聯(lián)，所以 甲：e＝0 乙：e＝nBSωsin ωt 丙：e＝nBSω,交變電流的瞬時(shí)值及峰值. (1)正弦交變電流電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式： ①當(dāng)從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)：e＝ . ②當(dāng)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)：e＝ . (2)正弦交變電流電動(dòng)勢(shì)的峰值表達(dá)式： Em＝ 與線圈的形狀 ，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置 .(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)

7、”),,,知識(shí)梳理,Emsin ωt,Emcos ωt,,答案,nBSω,無(wú)關(guān),無(wú)關(guān),A.磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在變大 B.磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都在變小 C.磁通量在變小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變大 D.磁通量在變大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在變小,線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(由上向下看是逆時(shí)針?lè)较?，當(dāng)轉(zhuǎn)到如圖4所示位置時(shí)(0＜θ＜90)，磁通量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化情況是( ),,答案,,,即學(xué)即用,,D,返回,圖4,例1 矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也

8、為零 C.每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次 D.線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零,一、交變電流的產(chǎn)生,,典例精析,,歸納總結(jié),解析答案,解析 線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)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(dòng)勢(shì)等于零，也應(yīng)該知道此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)刻發(fā)生變化.線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)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(dòng)勢(shì)最大，也可以說(shuō)此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項(xiàng)正確. 答案 CD,,

9、歸納總結(jié),歸納總結(jié),,,例2 有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長(zhǎng)為20 cm，線圈 總電阻為1 Ω，線圈繞OO′軸以10π rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)， 如圖5所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T，問(wèn)：,二、交變電流的變化規(guī)律,,圖5,(1)該線圈產(chǎn)生的交變電流電動(dòng)勢(shì)的峰值、電流的峰值分別是多少；,,解析答案,,答案 6.28 V 6.28 A,,(2)若從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式；,解析答案,解析 從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsin ωt＝6.28sin (10πt) V. 答案 e＝6.28sin (10πt) V,,(3)線圈從

10、中性面位置開(kāi)始，轉(zhuǎn)過(guò)30時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值是多大.,解析答案,解析 線圈從中性面位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)30時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e＝Emsin 30≈3.14 V. 答案 3.14 V,總結(jié)提升,總結(jié)提升,,1.求交變電流瞬時(shí)值的方法： (1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)； (2)確定表達(dá)式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)； (3)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝2πn(n的單位為轉(zhuǎn)/秒)、峰值Em＝NBSω； (3)寫(xiě)出表達(dá)式，代入角速度求瞬時(shí)值.,,總結(jié)提升,,2.線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交變電流，產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無(wú)關(guān).如圖6所示，若線圈的面積與例2中題圖所示線圈面積相同，則答案完全相同.,圖6,例3

11、 處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t＝0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合，如圖7所示，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng).若規(guī)定沿a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則圖中能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖像是( ),三、交變電流的圖像,圖7,,解析答案,技巧點(diǎn)撥,返回,解析 線圈在磁場(chǎng)中從圖示位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電.對(duì)于圖示起始時(shí)刻，線圈的cd邊離開(kāi)紙面向紙外運(yùn)動(dòng)，速度方向和磁場(chǎng)方向垂直，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值最大；用右手定則判斷出電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍c規(guī)定的正方向相同，所以C對(duì). 答案 C,,技巧點(diǎn)撥,,技巧

12、點(diǎn)撥,,1.從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)是正弦曲線，從垂直中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)是余弦曲線. 2.由楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流的方向.,返回,1.(多選)如圖所示的圖像中屬于交變電流的有( ),,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1,2,3,4,,解析答案,解析 選項(xiàng)A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流，但不是正弦交變電流； 選項(xiàng)D中e的方向未變化，故是直流.,ABC,,答案,2.(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有( ),1,2,3,4,BCD,3.(多選)矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖8所示，下列結(jié)論正確的是( ),1,2,3,4,圖8,,解析答案,A.在t＝0.1 s和t＝0.3 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)最大 B.在t＝0.2 s和t＝0.4 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)改變方向 C.電動(dòng)勢(shì)的最大值是157 V D.當(dāng)t＝0.4 s時(shí)，磁通量變化率達(dá)到最大,,1,2,3,4,,1,2,3,4,圖9,(1)若從線圈的中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；,,1,2,3,4,解析答案,解析 n＝300 r/min＝5 r/s，因?yàn)榫€圈從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，并且求的是瞬時(shí)值，故e＝Emsin ωt＝nBS2πnsin (2πnt)＝50sin (10πt) V 答案 e＝50sin (10πt)V,,,1,2,3,4,解析答案,,返回,