浙江省高中物理 第五章 交变电流 第1课时 交变电流课件 新人教版选修32.ppt

第1课时交变电流 研究选考 把握考情 知识点一交变电流 基础梳理 1 交变电流 大小和方向随时间做 变化的电流 简称交流 2 直流 不随时间变化的电流 3 图象特点 1 恒定电流的图象是一条 的直线 2 交变电流的图象随 做周期性变化 如正弦交变电流的图象 周期性 方向 与时间轴平行 时间 如图所示的各电流中不是交变电流的是 即学即练 解析由于交变电流的大小和方向随时间做周期性的变化 故b c为交变电流的图象 a d不是 答案ad 知识点二交变电流的产生 1 正弦式交变电流的产生 将闭合矩形线圈置于 磁场中 并绕 方向的轴 转动 2 中性面 线圈平面与磁感线 时的位置 1 线圈处于中性面位置时 穿过线圈的 但线圈中的电流为 2 线圈每次经过中性面时 线圈中感应电流方向都要改变 线圈转动一周 感应电流方向改变 次 基础梳理 匀强 垂直磁场 匀速 垂直 最大 零 两 要点精讲 1 正弦式交变电流的产生过程分析如图1所示为线圈abcd在磁场中绕轴oo 转动时的截面图 ab和cd两个边切割磁感线 产生电动势 线圈中就有了电流 或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流 具体分析如图2所示 当线圈转动到图甲位置时 导体不切割磁感线 线圈中无电流 当线圈转动到图乙位置时 导体垂直切割磁感线 线圈中有电流 且电流从a端流入 线圈在图丙位置同线圈在图甲位置 线圈在图丁位置时 电流从a端流出 这说明电流方向发生了改变 线圈在图戊位置同在图甲位置 线圈这样转动下去 就在线圈中产生了交变电流 图1 图2 2 交变电流产生过程中的两个特殊位置 例1 下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流 解析由交变电流的产生条件可知 轴必须垂直于磁感线 但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求 故选项b c d正确 答案bcd 知识点三交变电流的变化规律 1 正弦式交变电流瞬时值表达式 1 当从中性面开始计时 e 2 当从与中性面垂直的位置开始计时 e 2 正弦式交变电流的峰值表达式 em 与线圈的形状及转动轴的位置 填 有关 或 无关 基础梳理 emsin t emcos t nbs 无关 要点精讲 1 交变电动势的峰值和交变电流的峰值交变电动势最大值 由线圈匝数n 磁感应强度b 转动角速度 及线圈面积s决定 与线圈的形状无关 与转轴的位置无关 因此如图3所示的几种情况 若n b s 相同 则电动势的最大值相同 图3 2 交变电流的瞬时值变化规律 例2 有一个正方形线圈的匝数为10匝 边长为20cm 线圈总电阻为1 线圈绕oo 轴以10 rad s的角速度匀速转动 如图4所示 匀强磁场的磁感应强度为0 5t 问 1 该线圈产生的交变电流电动势的峰值 电流的峰值分别是多少 2 若从中性面位置开始计时 写出感应电动势随时间变化的表达式 3 线圈从中性面位置开始转过30 时 感应电动势的瞬时值是多大 图4 答案 1 6 28v6 28a 2 e 6 28sin10 t v 3 3 14v 名师点睛交变电流瞬时值表达式的书写技巧 1 确定正弦交变电流的峰值 根据已知图象读出或由公式em nbs 求出相应峰值 2 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 线圈从中性面位置开始转动 则i t图象为正弦函数图象 函数式为i imsin t 线圈从垂直中性面位置开始转动 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i imcos t 3 线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦式交变电流 产生的交变电流与线圈的形状无关 如图5所示 若线圈的面积与例2中的图所示的线圈面积相同 则答案完全相同 图5 知识点四正弦交变电流的图象 正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来 图象描述的是交变电流随时间变化的规律 它是一条 如图6所示 分别是交变电流的 图象 如图甲 图象 如图乙 图象 如图丙 基础梳理 正弦曲线 e t u t i t 甲 图6 要点精讲 由图6甲可以确定出以下信息 1 可以读出正弦交变电流的峰值em 2 可根据线圈转至中性面时电动势为零的特点 确定线圈处于中性面的时刻 确定了该时刻 也就确定了磁通量最大的时刻和磁通量变化率最小的时刻 如t t2 t t4时刻 3 可根据线圈转至与磁场平行时感应电动势最大的特点 确定线圈与中性面垂直的位置 此位置也就是磁通量为零的时刻和磁通量变化率最大的时刻 如t t1 t t3时刻 4 可以确定某一时刻电动势大小以及某一时刻电动势的变化趋势 如t t1 t t2时刻 例3 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 所产生的交变电流的波形如图7所示 可知 图7a 在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值b 在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值c 在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值d 在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值 答案bc 1 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 在线圈平面经过中性面瞬间 a 线圈平面与磁感线平行b 穿过线圈的磁通量最大c 线圈中的感应电动势最大d 线圈中感应电动势的方向突变解析在线圈平面垂直于磁感线时 各边都不切割磁感线 线圈中没有感应电流 这样的位置叫做中性面 线圈平面经过中性面瞬间 穿过线圈的磁通量最大 线圈中的感应电动势为零 此后 感应电动势方向 即感应电流方向 将与原方向相反 所以选项b d正确 a c错误 答案bd 2 关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交变电流 正确的说法是 a 线圈每转动一周 感应电流方向改变一次b 线圈每转动一周 感应电动势方向改变一次c 线圈每转动一周 感应电流方向改变两次 感应电动势方向改变一次d 线圈每转动一周 感应电流方向和感应电动势方向都改变两次解析感应电动势和感应电流的方向 每经过中性面时改变一次 每个周期内方向改变两次 故选项d正确 答案d 3 交流发电机在工作时电动势为e emsin t 若将发电机的角速度提高一倍 同时将线框所围面积减小一半 其他条件不变 则其电动势变为 解析交变电流的瞬时值表达式e emsin t 其中em nbs 当 加倍而s减半时 em不变 故选项c正确 答案c 4 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8所示 下列说法正确的是 图8a 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最大c t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大d 每当