高中物理 第五章第一节 交变电流课件 新人教版选修32.ppt

第五章交变电流 第五章交变电流 第一节交变电流 第五章交变电流 学习目标1 知道什么是交变电流 以及它与直流电的区别 2 了解交流电的产生过程 会推导正弦式交流电的表达式 3 会用数学函数表达式和图象描述交流电 一 交变电流自研教材1 交变电流 都随时间做周期性变化的电流 称为交变电流 简称交流 ac 2 直流 不随时间变化的电流称为直流 dc 大小和方向 方向 成功体验在下列v t图象中 哪些表示的是交流电 哪些表示的是直流电 提示 甲 乙所描述的电流的大小和方向都随时间做周期性变化 是交流电 丙 丁所描述的电流的方向不随时间变化 是直流电 二 交变电流的产生自主探究如图所示 线圈沿逆时针方向匀速转动 请分析下列问题 1 线圈转动过程中 线圈中电流方向的变化情况 2 线圈转动过程中 产生的感应电动势的最大值和最小值分别在什么位置 提示 1 线圈由甲位置转到丙位置的过程中 ab边中电流方向为从b到a 由丙位置转到甲位置的过程中 ab边中电流方向为从a到b 即每当线圈转过与磁场方向垂直的平面时 电流方向都要发生改变 2 每当线圈转到乙和丁位置 即线圈与磁场方向平行时 产生的电动势最大 线圈转到甲和丙位置时 即线圈平面与磁场方向垂直时 产生的电动势最小为0 成功发现1 交变电流的产生 线圈在匀强磁场中绕 于磁场方向的轴 转动 线圈中产生的是交变电流 2 中性面 与磁感线方向 的平面 3 当线圈通过中性面时 线圈中的磁通量最 感应电流大小为 发生改变 故线圈转动一周电流的方向改变 次 垂直 匀速 垂直 大 零 方向 两 三 交变电流的变化规律自研教材1 正弦式交变电流的瞬时值表达式i u e 其中i u e分别表示电流 电压 电动势的 im um em分别表示电流 电压 电动势的 imsin t umsin t emsin t 瞬时值 最大值 2 正弦式交变电流的图象 如图所示 3 几种不同类型的交变电流实际应用中 交变电流有不同的变化规律 常见的有以下几种 如图所示 成功体验若线圈从与磁感线平行的位置开始计时 则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式又如何表示 要点一中性面及其垂直位置的特性比较 2013 石家庄二中高二检测 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流 下列说法正确的是 a 当线框位于中性面时 线框中感应电动势最大b 当穿过线框的磁通量为零时 线框中的感应电动势也为零c 每当线框经过中性面时 感应电动势或感应电流方向就改变一次d 线框经过中性面时 各边不切割磁感线 思路点拨 1 线圈位于中性面时各边不切割磁感线 2 线圈垂直于中性面时 两边切割磁感线的速度最大 解析 线框位于中性面时 线框平面与磁感线垂直 穿过线框的磁通量最大 但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行 即不切割磁感线 所以电动势等于零 此时穿过线框的磁通量的变化率等于零 感应电动势或感应电流的方向在此时刻变化 垂直于中性面时 穿过线框的磁通量为零 切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直 有效切割速度最大 所以感应电动势最大 此时穿过线框的磁通量的变化率最大 故选cd 答案 cd 要点二交变电流的变化规律分析1 瞬时值表达式的推导 2013 扬州高二检测 如图所示的矩形线圈 ab 40cm ad 20cm 共50匝 在b 0 6t的匀强磁场中以300转 分的速度绕中心轴oo 匀速转动 当t 0时线圈平面与磁场垂直 求 1 产生的电动势的最大值 2 写出电动势的瞬时值表达式 3 当t 0 025s时感应电动势的瞬时值 方法总结 求解交变电流瞬时值表达式的步骤 1 明确线圈从什么位置开始计时以确定瞬时值表达式正弦函数0时刻的角度 2 确定线圈转动的角速度 线圈的面积 匝数 从而确定感应电动势的最大值 3 根据e emsin t写出正弦式交变电流的表达式 要点三正弦式交变电流的图象1 对交变电流图象的认识如图所示 正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来 图象描述的是交变电流的电动势 电流 电压随时间变化的规律 它们是正弦曲线 2 交变电流图象的应用从图象中可以解读到以下信息 1 交变电流的最大值im em 周期t 2 因线圈在中性面时感应电动势 感应电流均为零 磁通量最大 所以可确定线圈位于中性面的时刻 3 找出线圈平行于磁感线的时刻 4 判断线圈中磁通量的变化情况 5 分析判断e i u随时间的变化规律 2013 北师大附中高二检测 一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示 下面说法中正确的是 a t1时刻通过线圈的磁通量为零b t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大c t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大d 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量绝对值都最大 解析 t1 t3时刻感应电动势为零 线圈位于中性面位置 所以穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零 a c错误 t2时刻感应电动势最大 线圈位于与中性面垂直的位置 穿过线圈的磁通量为零 b错误 由于线圈每经过一次中性面 穿过线圈的磁通量的绝对值最大 e变换方向 故选d 答案 d 方法总结 分析交变电流图象时要注意一看 看 轴 看 线 看 斜率 看 点 看 截距 看 面积 看 拐点 并理解其物理意义 一定要把图象与线圈在磁场中的位置对应起来 二变 掌握 图与图 图与式 和 图与物 之间的变通关系 例如可借助磁通量的变化图线与电动势的变化图线是否是互余关系来分析问题 三判 在此基础上进行正确的分析和判断 跟踪训练2一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法中正确的是 a t 0时刻线圈平面与中性面垂直b t 0 01s时刻 的变化率达到最大c t 0 02s时刻感应电动势达到最大d 该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示 交变电流平均值的计算及应用 范例 8分 如图所示 匀强磁场的磁感应强度b 0 1t 所用矩形线圈总电阻为r 100