高中物理 第五章第一节 交变电流课件 新人教版选修32.ppt

教学教法分析 课前自主导学 当堂双基达标 课后知能检测 教学方案设计 课堂互动探究 1交变电流 课标要求1 知道交变电流 2 能用函数表达式和图象描述交变电流 课标解读1 会观察电流 或电压 的波形图 了解交变电流 直流的概念 2 分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化 能对交变电流的产生有比较清楚的了解 具有运用基本原理解决新情境下问题的能力 3 知道正弦式交变电流的变化规律及表示方法 知道正弦式交变电流的峰值 瞬时值的物理含义 教学地位本节知识是电学的基础 但它是物理的最基本知识 是以后学习的基础 学习本节知识时 应引起足够的重视 新课导入建议当线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时 线圈中将产生感应电流 此电流是否是恒定电流 如果不是 电流的大小和方向如何变化 线圈处于什么位置时电流最大 线圈处于什么位置时 电流方向改变 这一系列的问题在学过本节知识后就能得到解决 教学流程设计 1 基本知识 1 交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流 2 直流 不随时间变化的电流 3 交变电流的产生 大小 方向 方向 产生方法闭合线圈在 磁场中绕 的轴匀速转动 过程分析 如图5 1 1所示 匀强 垂直于磁场 图5 1 1 中性面 线圈平面与磁场 的位置 2 思考判断 1 线圈转一周有两次经过中性面 每转一周电流方向改变一次 2 当线圈中的磁通量最大时 产生的电流也最大 3 交流电源没有正负极之分 垂直 3 探究交流线圈在中性面时 磁通量 感应电动势 感应电流具有怎样的特点 提示 线圈平面与磁场垂直的位置 即为中性面位置 在此位置磁通量最大 线圈的感应电动势和感应电流为零 1 基本知识 1 正弦式交变电流 定义 按 规律变化的交变电流 简称 正弦 正弦式电流 emsin t umsin t 2 其他交变电流 如图5 1 2所示 图5 1 2 2 思考判断 1 交流电是指按正弦规律变化的电流 2 线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交流电是正弦式交变流电 3 交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关 3 探究交流交变电流的大小是否一定变化 它与直流电的最大区别是什么 提示 交变电流的大小不一定变化 如方形波电流 它与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化 问题导思 1 线圈在什么位置时磁通量达到最大值 在什么位置时磁通量的变化率达到最大值 2 线圈在什么位置时电流方向开始改变 1 产生在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流 实验装置如图5 1 3所示 图5 1 3 2 过程分析如图5 1 4所示 甲 乙图5 1 4 1 如图甲5 1 4所示 线圈由 a 位置转到 b 位置过程中 线圈中电流方向为a b c d 线圈由 b 位置转到 c 位置过程中 线圈中电流方向为a b c d 线圈由 c 位置转到 d 位置过程中 线圈中电流方向为d c b a 线圈由 d 位置回到 a 位置过程中 线圈中电流方向为d c b a 2 如图乙5 1 4所示 在 b 位置和 d 位置时 线圈垂直切割磁感线 产生的电动势和电流最大 在 a 位置和 c 位置时 线圈不切割磁感线 产生的电动势和电流均为零 3 两个特殊位置的对比分析 图5 1 5 a 线圈中的感应电流一直在减小b 线圈中的感应电流先增大后减小c 穿过线圈的磁通量一直在减小d 穿过线圈的磁通量的变化率先减小后增大 答案 b 对于交变电流产生过程中各物理量的变化情况分析 应抓住中性面这个关键位置及各物理量的情况 特别要注意的是此时刻穿过线框平面的磁通量虽最大 但磁通量的变化率却最小 等于零 电动势等于零 电流等于零 1 2014 兰州一中高二检测 如图5 1 6所示为演示交变电流产生的装置图 关于这个实验 正确的说法是 图5 1 6 a 线圈每转动一周 指针左右摆动两次b 图示位置为中性面 线圈中无感应电流c 图示位置ab边的感应电流方向为a bd 线圈平面与磁场方向平行时 磁通量变化率为零 解析 线圈在磁场中匀速转动时 在电路中产生呈周期性变化的交变电流 线圈经过中性面时电流改变方向 线圈每转动一周 有两次通过中性面 电流方向改变两次 指针左右摆动一次 线圈处于图示位置时 ab边向右运动 由右手定则 ab边的感应电流方向为a b 线圈平面与磁场方向平行时 ab cd边垂直切割磁感线 线圈产生的电动势最大 也可以这样认为 线圈处于竖直位置时 磁通量为零 但磁通量的变化率最大 答案 c 问题导思 1 怎样推导交变电流的瞬时值表达式 2 怎样计算峰值 峰值的决定因素是什么 1 瞬时值表达式的推导 图5 1 7 若线圈平面从中性面开始转动 如图5 1 7所示 则经过时间t 上面各式中的e i u仅限于从中性面开始计时的情况 若从垂直于中性面 即从线圈平面与磁场平行时 开始计时 则上述表达式应为e emcos t i imcos t u umcos t 有一个10匝正方形线框 边长为20cm 线框总电阻为1 线框绕oo 轴以10 rad s的角速度匀速转动 如图5 1 8所示 垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0 5t 问 图5 1 8 1 该线框产生的交变电流电动势最大值 电流最大值分别是多少 2 线框从图示位置转过60 时 感应电动势的瞬时值是多大 3 写出感应电动势随时间变化的表达式 答案 1 6 28v6 28a 2 5 44v 3 e 6 28sin10 t v 求解交变电动势瞬时值表达式的基本方法1 确定线圈转动从哪个位置开始计时 以确定瞬时值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化 2 确定线圈转动的角速度 3 确定感应电动势的峰值em nbs 4 写出瞬时值表达式e emsin t或e emcos t 2 如图5 1 9所示 匝数为100匝的圆形线圈绕与磁场垂直的轴oo 以50r s的转速转动 穿过线圈的最大磁通量为0 01wb 从图示的位置开始计时 写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式 图5 1 9 解析 因为线圈从垂直于中性面的位置开始计时 所以e emcos t 而em nbs 2 n m bs 0 01wb 所以em 100 0 01 2 3 14 50v 314v 2 n 2 3 14 50rad s 314rad s 故感应电动势的瞬时值表达式为 e emcos t 314cos314t v 答案 e 314cos314t v 2014 石河子高二检测 如图5 1 10所示 虚线oo 的左边存在着方向垂直于纸面向里的匀强磁场 右边没有磁场 单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与磁场右边界重合 线圈平面与磁场垂直 图5 1 10 线圈沿图示方向绕oo 轴以角速度 匀速转动 即ab边先向纸外 cd边先向纸里转动 规定沿a b c d a方向为感应电流的正方向 若从图示位置开始计时 图中四个图象能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是 审题指导 线圈在有界磁场中转动 可分阶段分析线圈中磁通量 磁通量变化率的变化规律 进而确定电流的变化规律 答案 b 解决图象问题的基本方法一看 看 轴 看 线 看 斜率 看 点 二变 掌握 图与图 图与式 和 图与物 之间的变通能力 三判断 结合图象和公式进行正确分析和判断 1 多选 如图所示的各图象中表示交变电流的是 解析 a图表示的电流大小发生了周期性变化 而方向没有变化 c d图中的电流大小和方向均发生了周期性变化 b图中电流大小不变而方向周期性变化 答案 bcd 2 多选 2014 广州高二检测 如图中各图面积均为s的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场b中以角速度 匀速转动 能产生正弦式交变电动势e bs sin t的图是 解析 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 轴在线圈所在平面内 匀速转动 产生的正弦式交变电动势为e bs sin t 由这一原则判断 a图和c图符合要求 b图中的转轴不在线圈所在平面内 d图转轴与磁场方向平行 而不是垂直 且磁通量不变不能产生感应电流 故a c正确 答案 ac 3 2014 石家庄高二检测 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5 1 11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为最大 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 线圈位于中性面的垂面位置 穿过线圈的磁通量为零 b错误 由于线圈每过一次中性面时 穿过线圈的磁通量的绝对值最大 e变换方向 所以d正确 答案 d 答案 1 e 311sin100 t v 2 i 3 11sin100 t a 1 56a 备选习题 1 如图教5 1 1所示 一匝数为n的矩形线圈面积为s 在磁感应强度为b的匀强磁场 中绕oo 轴以角速度 匀速转动 从图示位置转过90 时电动势是 a nbs b 0c bs d nbs cos t 90 解析 因闭合线圈从图示位置即垂直于中性面的位置开始转动 所以电动势的表达式为e emcos t 又 t 90 故a c d错 答案 b 2 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 当线圈平面垂直中性面时 下列说法正确的是 a 穿过线圈的磁通量最大 线圈中的感应电动势最大b 穿过线圈的磁通量等于零 线圈中的感应电动势最大c 穿过线圈的磁通量最大 线圈中的感应电动势等于零d 穿过线圈的磁通量等于零 线圈中的感应电动势等于零 解析 当线圈平面垂直中性面时 线圈平面平行于磁感线 所以磁通量为零 而此时磁通量的变化率最大 或者说线圈两边切割磁感线的有效速度最大 因此线圈中的感应电动势最大 选项b正确 答案 b 3 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动