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 核心要點突破 課堂互動講練 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 重點難點 1 交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析及中性面的特點 2 交變電流產(chǎn)生的物理過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 大小和方向都隨時間做 變化的電流叫交變電流 簡稱交流 2 實驗裝置 如圖17 1 1甲所示 當(dāng)磁場中的線圈轉(zhuǎn)動時 流過電流表的電流方向就會發(fā)生改變 產(chǎn)生交變電流 3 過程分析 具體分析可從圖中看出 在圖甲所示位置時 線圈中無電流 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程中 AB邊中電流流向為 在線圈由圖丙所示位置轉(zhuǎn)到圖丁所示位置的過程中 CD邊中電流方向為 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙和圖丁所示位置時 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值表達(dá)式i u e 其中i u e分別表示電流 電壓 電動勢的 Im Um Em分別表示電流 電壓 電動勢的 Imsin t Umsin t Emsin t 瞬時值 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際應(yīng)用中 交變電流有不同的變化規(guī)律 常見的有以下幾種 如圖17 1 3所示 圖17 1 3 核心要點突破 二 交變電流的瞬時值表達(dá)式的推導(dǎo)圖17 1 4設(shè)線圈從中性面起經(jīng)時間t轉(zhuǎn)過角度 則 t 此時兩邊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)電動勢同向相加 整個線圈中的感應(yīng)電動勢為 此時加在電路的某一段電阻R 上的電壓瞬時值 u iR ImR sin t Umsin t 特別提醒 求解交變電動勢瞬時值的步驟 1 確定線圈轉(zhuǎn)動是從哪個位置開始計時 2 確定表達(dá)式是正弦還是余弦 3 確定轉(zhuǎn)動的角速度 及N B S等 4 求出峰值Em 寫出表達(dá)式 代入角度求瞬時值 三 對正弦交變電流的圖象的理解正弦交變電流隨時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 電動勢最大值Em 周期T 2 因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢 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刻 3 找出線圈平行磁感線的時刻 4 判斷線圈中磁通量的變化情況 5 分析判斷i e隨時間的變化規(guī)律 課堂互動講練 一矩形線圈 繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動 線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化如圖17 1 6所示 下列說法中正確的是 圖17 1 6 A t1時刻通過線圈的磁通量為零B t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大C t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D 每當(dāng)e變換方向時 通過線圈的磁通量的絕對值都為最大 思路點撥 解答本題時應(yīng)注意把握以下三點 1 線圈經(jīng)過中性面時 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 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)電動勢與磁通量的變化率成正比 自主解答 t1 t3時刻線圈中的感應(yīng)電動勢e 0 故為線圈通過中性面的時刻 線圈的磁通量為最大 磁通量的變化率為零 故A C不對 t2時刻e Em 是線圈平面轉(zhuǎn)至與磁感線平行的時刻 磁通量為零 B也不對 每當(dāng)e變換方向時 也就是線圈通過中性面的時刻 通過線圈的磁通量的絕對值最大 所以D正確 答案 D 點評 圖象可直觀簡捷地反映物理量間的關(guān)系 對物理圖象的分析要點是 一看 看 軸 看 線 看 斜率 看 點 二變 掌握 圖與圖 圖與式 和 圖與物 之間的對應(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)磁場中的矩形線圈abcd 以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動 磁場方向平行于紙面并與ab垂直 在t 0時刻 線圈平面與紙面重合 如圖17 1 7甲 線圈的cd邊離開紙面向外運動 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始時刻感應(yīng)電流方向為c d a b c跟規(guī)定的正方向相同 而且該時刻感應(yīng)電流最大 故選C 錯選的主要原因是方向判斷不清和起始時刻的電流是最大還是最小搞不清 說明對中性面這個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 邊長為10cm 線圈總電阻為10 線圈繞OO 軸在B 0 5T的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動 每分鐘轉(zhuǎn)1500轉(zhuǎn) 求線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過30 角時 感應(yīng)電動勢的值是多少 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)電動勢的最大值為Em NB S 100 0 5 50 0 01V 78 5V 從圖示位置 即中性面位置 開始計時 產(chǎn)生交變電動勢的瞬時值表達(dá)式為e Emsin t 所以轉(zhuǎn)過30 角時的電動勢 答案 39 3V 點評 求解交變電流瞬時值時可分三步 1 確立線圈從哪個位置開始計時 進(jìn)而確立表達(dá)式是正弦還是余弦形式 2 識記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 交變電動勢瞬時值表達(dá)式為e Emsin t 而Em NBS 當(dāng) 加倍而S減半時 Em不變 故C選項正確 如圖17 1 9所示 勻強(qiáng)磁場B 0 1T 所用矩形線圈的匝數(shù)n 100匝 邊長ab 0 2m bc 0 5m 以角速度 100 rad s繞OO 軸勻速轉(zhuǎn)動 當(dāng)線圈平面通過中性面時開始計時 試求 圖17 1 9 答案 1 e 314sin100 tV 2 200V 答案 1 10 2C 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全