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(新課標(biāo))2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.2 交變電流 3.2.1 交變電流課件 新人教版選修3-2.ppt

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1、3.2交變電流,3.2.1交變電流,一、交變電流 1.交變電流:大小和方向都隨時(shí)間做_________變化的電流叫做交變電流,簡(jiǎn)稱交流(AC)。 2.直流:_______不隨時(shí)間變化的電流稱為直流(DC),___________都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。,周期性,方向,大小和方向,思考判斷 (1)交變電流的大小一定隨時(shí)間變化。( ) (2)大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流才是直流電。 ( ) (3)交變電流的大小可以不變,但方向一定隨時(shí)間周期性變化。 ( ) (4)交變電流不穩(wěn)定,很容易“燒壞”家用電器。 ( ),,,,,二、交變電流的產(chǎn)生 1.正弦式交變電流的產(chǎn)生條件:

2、將閉合矩形線圈置于_______磁場(chǎng)中,并繞_______磁場(chǎng)方向的軸______轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1所示。 圖1,勻強(qiáng),垂直,勻速,2.兩個(gè)特殊位置 (1)中性面:線圈平面與磁感線______時(shí)的位置。(SB位置,如圖1中的甲、丙) 線圈處于中性面位置時(shí),穿過線圈的______,但線圈中的電流為_____。 線圈每次經(jīng)過中性面時(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。 (2)垂直中性面位置(SB位置,如圖1中的乙、丁) 此時(shí)穿過線圈的為____,電流______。,垂直,最大,零,兩,零,最大,思考判斷 (1)只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),就可以產(chǎn)生交變電流。( )

3、(2)線圈在通過中性面時(shí)磁通量最大,電流也最大。 ( ) (3)線圈在通過垂直中性面的平面時(shí)電流最大,但磁通量為零。 ( ) (4)線圈在通過中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變。 ( ),,,,,三、交變電流的變化規(guī)律 1.瞬時(shí)值表達(dá)式:從中性面開始計(jì)時(shí),電動(dòng)勢(shì):e_________,電壓:u_________,電流i_________。 2.峰值:表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流可能達(dá)到的最大值,叫做峰值。 3.正弦式交變電流:按______規(guī)律變化的交變電流,簡(jiǎn)稱正弦式電流。,Emsin t,Umsin t,Imsin t,正弦,4.其他形式的交變電流:如圖2甲所示的___

4、_____交變電流,如圖乙所示的為______交變電流。 圖2,鋸齒形,矩形,交變電流的產(chǎn)生,線圈繞OO軸沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖3甲至丁所示。 圖3,要點(diǎn)歸納,1.過程分析,2.兩個(gè)特殊位置的對(duì)比,例1 (多選)如圖4所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖,關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是() 圖4,精典示例,答案AC,,交變電流的變化特點(diǎn) (1)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線平行時(shí),磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,故線圈每轉(zhuǎn)一周,電動(dòng)勢(shì)最大值出現(xiàn)兩次。 (2)線圈每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向都要改變一次。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,兩次經(jīng)過中性面,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都改變兩次。,針對(duì)訓(xùn)

5、練1 一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈平面位于如圖5甲所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。通過線圈的磁通量隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示,下列說法正確的是() 圖5,A.t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率最大 B.t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變 C.t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量最大 D.t2、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小,答案B,交變電流的變化規(guī)律,1.交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式推導(dǎo) 線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng),如圖6所示,則經(jīng)過時(shí)間t: 圖6 (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。,要點(diǎn)歸納,2.峰值表達(dá)式,3.正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式 (1

6、)從中性面位置開始計(jì)時(shí) eEmsin t,iImsint,UUmsin t。 (2)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí) eEmcost,iImcost,UUmcos t。,4.交變電流的圖象如圖7所示,從中性面開始計(jì)時(shí) 圖7,易錯(cuò)提醒 (1)從不同的位置開始計(jì)時(shí),得到的交變電流的表達(dá)式不同。 (2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置沒有關(guān)系。如圖所示,三個(gè)不同形狀的線圈產(chǎn)生的交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值相同。,例2 一矩形線圈,面積是0.05 m2,共100匝,線圈電阻r2 ,外接電阻R8 ,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以n300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖8所示,

7、若從中性面開始計(jì)時(shí),求:,精典示例,圖8,解析(1)線圈轉(zhuǎn)速n300 r/min5 r/s,角速度2n10 rad/s, 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值EmNBS50 V, 由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmsin t50sin (10t) V。,,確定正弦式電流電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法 (1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí),以確定瞬時(shí)值表達(dá)式是正弦規(guī)律變化還是余弦規(guī)律變化。 (2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。 (3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值EmNBS。 (4)寫出瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin t或eEmcos t。,針對(duì)訓(xùn)練2 如圖9所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)n100,

8、邊長(zhǎng)lab0.2 m,lbc0.5 m,以角速度100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試求:,(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值; (2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí),線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式;,圖9,解析(1)由題可知:Slablbc0.20.5 m20.1 m2,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值EmnBS1000.10.1100 V100 V314 V。 (2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值eEmsin t 所以e314sin (100t) V (3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為 eEmcos t,代入數(shù)據(jù)得e314cos (100t) V,答案(1)314

9、 V(2)e314sin (100t) V(3)157 V,1.(交變電流的產(chǎn)生)(多選)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流() 解析由交變電流的產(chǎn)生條件可知,軸必須垂直于磁感線,但對(duì)線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒有特別要求,故選項(xiàng)B、C、D正確。 答案BCD,2.(交變電流的變化規(guī)律)(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流,下列說法正確的是() 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)穿過線框的磁通量為零時(shí),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 C.當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(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)過中性面時(shí),各邊切割磁感線的速度為零,解析線

10、框位于中性面時(shí),線框平面與磁感線垂直,穿過線框的磁通量最大,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,也即此時(shí)穿過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)電流的方向在此時(shí)刻改變。線框垂直于中性面時(shí),穿過線框的磁通量為零,但切割磁感線的兩邊都是垂直切割,有效切割速度最大,所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,即此時(shí)穿過線框的磁通量的變化率最大,故選項(xiàng)C、D正確。 答案CD,3.(交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式)(多選)如圖10所示,一單匝閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e0.5sin (20t) V,由該表達(dá)式可推知以

11、下哪些物理量() 圖10 A.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.線框的面積 C.穿過線框的磁通量的最大值D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,解析根據(jù)單匝閉合線圈正弦式交變電流的表達(dá)式eBSsin t,可得20 rad/s,而磁通量的最大值的表達(dá)式為BS,所以可以根據(jù)BS0.5求出磁通量的最大值。故選項(xiàng)B、C正確。 答案CD,4.(交變電流圖象的分析)一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖11甲所示。則下列說法正確的是() 圖11 A.t0時(shí)刻,線圈平面與中性面垂直 B.t0.01 s時(shí)刻,的變化率最大 C.t0.02 s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 D.該線圈相應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示,解析t0時(shí)刻,穿過線圈的磁通量最大,線圈處于中性面的位置,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;t0.01 s時(shí)刻,的變化率最大,選項(xiàng)B正確;t0.02 s時(shí)刻,穿過線圈的磁通量最大,線圈處于中性面的位置,磁通量變化率為零,電動(dòng)勢(shì)為零,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案B,

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