《2019-2020學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 1 交變電流課件 新人教版選修3-2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第五章 交變電流 1 交變電流課件 新人教版選修3-2.ppt（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第五章交變電流 1交變電流 一 交變電流1 交變電流 大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流 簡(jiǎn)稱交流 2 直流 方向不隨時(shí)間變化的電流 大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流 二 交變電流的產(chǎn)生1 產(chǎn)生條件 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 2 中性面 線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中 線圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí)所在的平面 三 交變電流的變化規(guī)律1 從兩個(gè)特殊位置開(kāi)始計(jì)時(shí)瞬時(shí)值的表達(dá)式 2 正弦式交變電流 按正弦規(guī)律變化的交變電流 簡(jiǎn)稱正弦式電流 3 幾種不同類型的交變電流在實(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 如圖所示 交變電流之父 特斯拉 自我檢測(cè)1 正誤判斷 1 只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng) 就可以產(chǎn)生交變電流 解析 如果線圈繞與磁場(chǎng)平行的軸轉(zhuǎn)動(dòng) 則不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 答案 2 當(dāng)線圈中的磁通量最大時(shí) 產(chǎn)生的電流也最大 解析 線圈與磁場(chǎng)平行時(shí) 電動(dòng)勢(shì)最大 此時(shí)磁通量為零 答案 3 當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí) 線圈中沒(méi)有電流 解析 線圈與磁場(chǎng)垂直時(shí) 線圈中電流為零 答案 4 表達(dá)式為e Emsin t的交變電流為正弦式交變電流 表達(dá)式為 解析 按正弦函數(shù)變化規(guī)律變化的交變電流都是正弦式交變電流 答案 2 如圖所示 屬于交變電流的是 解析 交變電流是指電流的大小和方向均隨時(shí)間做周期性變化 由圖可知 符合條件的只有C 答案 C 探究一 探究二 探究三 交變電流的產(chǎn)生問(wèn)題探究假定線圈沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng) 如圖甲至丁所示 請(qǐng)分析判斷 探究一 探究二 探究三 1 圖中 在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中 AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng) 2 在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中 AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng) 3 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流 轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中的電流最大 4 大致畫出通過(guò)電流表的電流隨時(shí)間變化的曲線 從E經(jīng)過(guò)負(fù)載流向F的電流記為正 反之為負(fù) 在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲 乙 丙 丁幾個(gè)位置時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻 探究一 探究二 探究三 要點(diǎn)提示 1 由B到A 2 由A到B 3 線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流 稱為中性面 線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時(shí)線圈中的電流最大 4 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納1 中性面 S B位置 如問(wèn)題探究圖中的甲 丙 線圈平面與 線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí) 電流方向發(fā)生改變 線圈轉(zhuǎn)一圈 電流方向改變兩次 2 垂直于中性面位置 S B位置 如問(wèn)題探究圖中的乙 丁 此時(shí) 為0 最大 e最大 i最大 穿過(guò)線圈平面的磁通量最大 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 穿過(guò)線圈平面的磁通量為零 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題1 多選 如圖所示 線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線圈平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生交變電流 則下列說(shuō)法中正確的是 A 當(dāng)線圈位于中性面時(shí) 線圈中感應(yīng)電流最大B 當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí) 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C 線圈在磁場(chǎng)中每轉(zhuǎn)一周 產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向改變一次D 每當(dāng)線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí) 感應(yīng)電流的方向就改變一次 探究一 探究二 探究三 解析 線圈位于中性面時(shí) 線圈平面與磁場(chǎng)垂直 此時(shí)磁通量最大 但是各邊都不切割磁感線 或者說(shuō)磁通量的變化率為零 所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 而穿過(guò)線圈的磁通量為零時(shí) 切割磁感線的有效速度最大 磁通量的變化率最大 所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 B正確 線圈在磁場(chǎng)中每轉(zhuǎn)一周 產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向改變兩次 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 很明顯選項(xiàng)D正確 答案 BD 探究一 探究二 探究三 1 對(duì)于交變電流產(chǎn)生過(guò)程中各物理量的變化情況分析 應(yīng)抓住中性面這個(gè)關(guān)鍵位置 特別注意的是此時(shí)穿過(guò)線圈平面的磁通量雖最大 但磁通量的變化率卻最小 等于零 電動(dòng)勢(shì)等于零 電流等于零 因此磁通量的變化規(guī)律與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電流 的變化規(guī)律恰好相反 一方增大時(shí)另一方恰好減小 2 交變電流變化的周期等于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期 線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次 電流方向就改變一次 線圈每轉(zhuǎn)一周 經(jīng)過(guò)中性面兩次 因此線圈每轉(zhuǎn)一周 電流方向改變兩次 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練1 多選 如圖所示 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 在線圈平面經(jīng)過(guò)中性面瞬間 A 線圈平面與磁感線平行B 通過(guò)線圈的磁通量最大C 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向突變解析 根據(jù)中性面的定義 線圈平面經(jīng)過(guò)中性面瞬間 通過(guò)線圈的磁通量最大 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 此后 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向 即感應(yīng)電流方向 將與原方向相反 答案 BD 探究一 探究二 探究三 正弦式交變電流的變化規(guī)律問(wèn)題探究圖b是圖a中線圈ABCD在磁場(chǎng)中繞軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)三個(gè)不同時(shí)刻的截面圖 線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度為 經(jīng)過(guò)時(shí)間t 線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是 t 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 圖a圖b 探究一 探究二 探究三 1 甲 乙 丙中AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大 2 甲 乙 丙中整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)各為多大 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 要點(diǎn)提示 1 甲 eAB 0 2 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 BS sin t丙 e BS 探究一 探究二 探究三 3 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 NBS sin t丙 e NBS 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納1 正弦式交變電流的表達(dá)式e Emsin t u Umsin t i Imsin t 其中Em為最大值 也叫峰值 2 正弦式交變電流的峰值 1 轉(zhuǎn)軸在線圈所在平面內(nèi)且與磁場(chǎng)垂直 當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí) 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值 且滿足Em nBS 2 決定因素 由線圈匝數(shù)n 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 和線圈面積S決定 與線圈的形狀無(wú)關(guān) 與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān) 3 如圖所示的幾種情況中 如果n B S均相同 則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值均為Em nBS 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題2 如圖所示 勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 1T 所用矩形線圈的匝數(shù)n 100 邊長(zhǎng)lab 0 2m lbc 0 5m 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(kāi)始計(jì)時(shí) 線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式 3 若從線圈平面平行磁感線時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 求線圈在t 時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小 探究一 探究二 探究三 解析 1 由題可知 S lab lbc 0 2 0 5m2 0 1m2 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em nBS 100 0 1 0 1 100 V 100 V 314V 2 若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e Emsin t所以e 314sin 100 t V 3 若從線圈平面平行磁感線時(shí)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 Emcos t 代入數(shù)據(jù)得e 314cos 100 t V 答案 1 314V 2 e 314sin 100 t V 3 157V 探究一 探究二 探究三 求解交變電流的瞬時(shí)值問(wèn)題的答題步驟 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練2如圖所示 匝數(shù)為100的圓形線圈繞與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的軸OO 以50r s的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng) 穿過(guò)線圈的最大磁通量為0 01Wb 從圖示的位置開(kāi)始計(jì)時(shí) 則線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為 A e 50sin tVB e 314cos314tVC e 50cos tVD e 314sin314tV 探究一 探究二 探究三 解析 線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流 產(chǎn)生的交流與線圈形狀無(wú)關(guān) 由Em nBS 可知 Em與線圈面積S 角速度 有關(guān) 角速度 2 3 14 50rad s 314rad s 最大值Em nBS n n 314V 線圈從圖示位置即與中性面成的位置開(kāi)始計(jì)時(shí) 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值 據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可得出e 314cos314tV B對(duì) 答案 B 探究一 探究二 探究三 正弦式交變電流的圖象問(wèn)題探究如圖所示 線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 若線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)為計(jì)時(shí)起點(diǎn) 角速度為 設(shè)線圈面積為S 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 圖 a 中各圖與圖 b 時(shí)間軸上各時(shí)刻對(duì)應(yīng) 在圖 b 中作出線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中 感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化關(guān)系圖象 探究一 探究二 探究三 要點(diǎn)提示 如圖所示 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納1 用圖象描述交變電流的變化規(guī)律 在中性面時(shí)t 0 如下 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 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 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題3 一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖所示 則 A 交變電流的頻率是4 HzB 當(dāng)t 0時(shí) 線圈平面與磁感線垂直 磁通量最大C 當(dāng)t s時(shí) e有最大值 答案 B 探究一 探究二 探究三 正弦式交變電流圖象的分析方法一看 看 軸 看 線 看 斜率 看 點(diǎn) 并理解其物理意義 二變 掌握 圖與圖 圖與式 和 圖與物 之間的變通關(guān)系 三判 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確地分析和判斷 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練3一個(gè)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(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖所示 則下列說(shuō)法正確的是 A t 0時(shí) 線圈平面與中性面垂直B t 0 01s時(shí) 的變化率為0C t 0 02s時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 解析 t 0時(shí) 最大 故線圈平面位于中性面 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 t 0 01s時(shí) 圖線斜率的絕對(duì)值最大 故 的變化率最大 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 t 0 02s時(shí) 圖線的斜率為0 故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最小 為0 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 從t 0 01s至t 0 04s線圈經(jīng)歷了四分之三個(gè)周期 故轉(zhuǎn)過(guò)的角度是 選項(xiàng)D正確 答案 D 1 2 3 1 如圖所示 一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的中心軸OO 沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個(gè)半圓形銅環(huán)M和N相連 M和N又通過(guò)固定的電刷P和Q與電阻R相連 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中 通過(guò)電阻R的電流 A 大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化B 大小和方向都不隨時(shí)間做周期性變化C 大小不斷變化 方向總是P R QD 大小不斷變化 方向總是Q R P解析 半圓環(huán)交替接觸電刷 從而使輸出電流方向不變 這是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)模型 由右手定則知 外電路中電流方向是P R Q 答案 C 1 2 3 2 如圖甲所示 一單匝矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 并繞過(guò)ab cd中點(diǎn)的軸OO 以角速度 逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角 45 時(shí) 如圖乙所示 為計(jì)時(shí)起點(diǎn) 并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí) 方向?yàn)檎?則下列四幅圖中正確的是 1 2 3 解析 由題圖乙看出 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不是最大值 也不是0 所以A B項(xiàng)錯(cuò) 從圖示位置轉(zhuǎn)至中性面的過(guò)程中 e減小 故C錯(cuò) D正確 答案 D 1 2 3 3 如圖甲所示 矩形線圈匝數(shù)N 100 ab 30cm ad 20cm 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 8T 繞軸OO 從圖示位置開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度 100 rad s 試求 1 穿過(guò)線圈的磁通量最大值 m為多大 線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)取得此值 2 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em為多大 線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)取得此值 3 寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的表達(dá)式 并在圖乙中作出圖象 1 2 3 解析 1 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線垂直時(shí) 磁通量有最大值 m BS 0 8 0 3 0 2Wb 0 048Wb 2 線圈與磁感線平行時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有最大值Em NBS 480 V 3 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式e Emcos t 480 cos 100 t V圖象如圖所示 答案 見(jiàn)解析