高中物理課件：第一節(jié)《交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律》（人教版選修3-2）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第一節(jié)交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第一節(jié) 課前自主學(xué)案 目標(biāo)概覽 目標(biāo)概覽 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道什么是交變電流 2 理解交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 3 了解正弦交流電的圖象和三角函數(shù)表達(dá)式 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 交變電流產(chǎn)生的物理過(guò)程的分析及中性面的特點(diǎn) 2 交變電流產(chǎn)生的物理過(guò)程的分析及圖象的表達(dá) 課前自主學(xué)案 一 交變電流的產(chǎn)生1 交變電流 大小和方向都隨時(shí)間做 變化的電流叫交變電流 簡(jiǎn)稱交流 2 實(shí)驗(yàn)裝置 如圖17 1 1甲所示 當(dāng)磁場(chǎng)中的線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 流過(guò)電流表的電流方向就會(huì)發(fā)生改變 產(chǎn)生交變電流 3 過(guò)程分析 具體分析可從圖中看出 在圖甲所示位置時(shí) 線圈中無(wú)電流 周期性 圖17 1 1 在線圈由圖甲所示位置轉(zhuǎn)到圖乙所示位置的過(guò)程中 AB邊中電流流向?yàn)?在線圈由圖丙所示位置轉(zhuǎn)到圖丁所示位置的過(guò)程中 CD邊中電流方向?yàn)?當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙和圖丁所示位置時(shí) 線圈中的電流 從B到A 從C到D 最大 二 交變電流的圖象和變化規(guī)律1 正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式i u e 其中i u e分別表示電流 電壓 電動(dòng)勢(shì)的 Im Um Em分別表示電流 電壓 電動(dòng)勢(shì)的 Imsin t Umsin t Emsin t 瞬時(shí)值 最大值 2 正弦交變電流的圖象 如圖17 1 2所示 圖17 1 2 3 幾種不同類型的交變電流實(shí)際應(yīng)用中 交變電流有不同的變化規(guī)律 常見(jiàn)的有以下幾種 如圖17 1 3所示 圖17 1 3 核心要點(diǎn)突破 二 交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式的推導(dǎo)圖17 1 4設(shè)線圈從中性面起經(jīng)時(shí)間t轉(zhuǎn)過(guò)角度 則 t 此時(shí)兩邊ab cd速度方向與磁感線方向的夾角分別為 t和 180 t 如圖17 1 4所示 它們產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同向相加 整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 此時(shí)加在電路的某一段電阻R 上的電壓瞬時(shí)值 u iR ImR sin t Umsin t 特別提醒 求解交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的步驟 1 確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)是從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí) 2 確定表達(dá)式是正弦還是余弦 3 確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 及N B S等 4 求出峰值Em 寫(xiě)出表達(dá)式 代入角度求瞬時(shí)值 三 對(duì)正弦交變電流的圖象的理解正弦交變電流隨時(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17 1 5所示 圖17 1 5 從圖象中可以解讀到以下信息 1 交變電流的電流最大值Im 電動(dòng)勢(shì)最大值Em 周期T 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 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 課堂互動(dòng)講練 一矩形線圈 繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖17 1 6所示 下列說(shuō)法中正確的是 圖17 1 6 A t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D 每當(dāng)e變換方向時(shí) 通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)注意把握以下三點(diǎn) 1 線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí) 磁通量最大但磁通量變化率為零 2 線圈平面與中性面垂直時(shí) 磁通量為零 但磁通量變化率最大 3 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比 自主解答 t1 t3時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e 0 故為線圈通過(guò)中性面的時(shí)刻 線圈的磁通量為最大 磁通量的變化率為零 故A C不對(duì) t2時(shí)刻e Em 是線圈平面轉(zhuǎn)至與磁感線平行的時(shí)刻 磁通量為零 B也不對(duì) 每當(dāng)e變換方向時(shí) 也就是線圈通過(guò)中性面的時(shí)刻 通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大 所以D正確 答案 D 點(diǎn)評(píng) 圖象可直觀簡(jiǎn)捷地反映物理量間的關(guān)系 對(duì)物理圖象的分析要點(diǎn)是 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 之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 三判 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析 判斷 變式訓(xùn)練1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垂直 在t 0時(shí)刻 線圈平面與紙面重合 如圖17 1 7甲 線圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng) 若規(guī)定由a b c d a方向的感應(yīng)電流為正 則能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線是 圖17 1 7 解析 選C 由右手定則或者楞次定律可以確定開(kāi)始時(shí)刻感應(yīng)電流方向?yàn)閏 d a b c跟規(guī)定的正方向相同 而且該時(shí)刻感應(yīng)電流最大 故選C 錯(cuò)選的主要原因是方向判斷不清和起始時(shí)刻的電流是最大還是最小搞不清 說(shuō)明對(duì)中性面這個(gè)概念和法拉第電磁感應(yīng)定律理解不透 如圖17 1 8所示有一閉合的正方形線圈 匝數(shù)N 100 邊長(zhǎng)為10cm 線圈總電阻為10 線圈繞OO 軸在B 0 5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 每分鐘轉(zhuǎn)1500轉(zhuǎn) 求線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30 角時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值是多少 圖17 1 8 解析 由題給條件可知 N 100匝 B 0 5T f 1500r min 25Hz 2 f 50 rad s S 0 01m2 所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em NB S 100 0 5 50 0 01V 78 5V 從圖示位置 即中性面位置 開(kāi)始計(jì)時(shí) 產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e Emsin t 所以轉(zhuǎn)過(guò)30 角時(shí)的電動(dòng)勢(shì) 答案 39 3V 點(diǎn)評(píng) 求解交變電流瞬時(shí)值時(shí)可分三步 1 確立線圈從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí) 進(jìn)而確立表達(dá)式是正弦還是余弦形式 2 識(shí)記Em nBS 解題中可直接代入 不必推導(dǎo) 3 按通式e Emsin t或e Emcos t代入Em及 的具體數(shù)值 解析 選C 交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為e Emsin t 而Em NBS 當(dāng) 加倍而S減半時(shí) Em不變 故C選項(xiàng)正確 如圖17 1 9所示 勻強(qiáng)磁場(chǎng)B 0 1T 所用矩形線圈的匝數(shù)n 100匝 邊長(zhǎng)ab 0 2m bc 0 5m 以角速度 100 rad s繞OO 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)線圈平面通過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 試求 圖17 1 9 答案 1 e 314sin100 tV 2 200V 答案 1 10 2C 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全