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(kāi)電，城市的燈火輝煌、工廠里的機(jī)器轟鳴，一切都離不開(kāi)電。長(zhǎng)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(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)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(guò) 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(méi)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(chǎng)_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(jiǎn)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(shì)、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(chǎng)中，繞垂直于磁場(chǎng)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(guò) 程 2過(guò) 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(guò)程中，電流方向?yàn)閍bcd。線圈由乙位置轉(zhuǎn)到丙位置過(guò)程中，電流方向?yàn)閍bcd。線圈由丙位置轉(zhuǎn)到丁位置過(guò)程中，電流方向?yàn)閎adc。線圈由丁位置轉(zhuǎn)到戊位置過(guò)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(shì)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(shì)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(guò)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(chǎng)垂直線面平面與磁場(chǎng)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(shì)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(chǎng)對(duì)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(shuō)明通過(guò)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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則經(jīng)時(shí)間t (1)線圈轉(zhuǎn)過(guò)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(kāi)始計(jì)時(shí)，eEmsint。若線圈從位于與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，eEmcost，所用瞬時(shí)值表達(dá)式與開(kāi)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(jiǎn)稱正弦式電流。(3)交變電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)方向平行，不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(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(shì)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(lái)，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(shì)、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(wèn)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(chǎng)垂直的位置；t2、t4時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)平行。解 析

8、 ： t1、t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈位于中性面位置，所以穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈平面垂直于磁場(chǎng)；t2、t4時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈位于中性面的垂直位置，穿過(guò)線圈的磁通量為零，線圈平面平行于磁場(chǎng)(即題圖中位置)。 考 點(diǎn) 題 型 設(shè) 計(jì) 題 型 1 對(duì) 交 變 電 流 產(chǎn) 生 過(guò) 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(jiàn)解析 C 題 型 2 對(duì) 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(shì)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(shì)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(píng) ：要理解平均電動(dòng)勢(shì)既不是最大電動(dòng)勢(shì)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(shì)，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(lái)的一半時(shí)，則最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也變小，所以感

10、應(yīng)電流也變?。桓鶕?jù)轉(zhuǎn)速與周期成反比，可知，若風(fēng)速減小到原來(lái)的一半時(shí)，則周期變大為原來(lái)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(duì)了線圈在0到90的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電流的方向，在90到180時(shí)分析過(guò)程中，電流的方向產(chǎn)生了錯(cuò)誤C在0到90的分析過(guò)程中，電流的大小產(chǎn)生了錯(cuò)誤D在0到90的分析過(guò)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(kāi)始計(jì)時(shí)，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90的過(guò)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(chǎng)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(guò)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(chǎng)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)