沪科版选修32 1.1　怎样产生交变电流 学案.doc

2.1怎样产生交变电流学 习 目 标知 识 脉 络1.知道交流发电机的结构2.理解交变电流的概念及产生原理(难点)3.掌握交变电流的变化规律及两种表示方法(重点)4.掌握交变电流的中性面，最大值、瞬时值及方向的变化(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、交变电流1定义大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流2正弦式交变电流当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈中产生的交变电流的电流和电压都按正弦函数规律变化，这种电流叫正弦式交变电流二、交流发电机1基本组成由产生感应电动势的线圈(电枢)和产生磁场的磁体组成2发电机的基本种类(1)旋转电枢式发电机：电枢旋转，磁极不动；提供500 v以下的电压(2)旋转磁极式发电机：磁极旋转，电枢不动；提供几千到几万伏的电压，输出功率可达几十万千瓦3中性面线圈平面与磁感线垂直的位置，此位置磁通量最大，感应电动势为零4表达式若从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eemaxsin_t，emax是感应电动势的最大值5电能来源转子的机械能转化为发电机的电能基础自测1思考判断(1)变化的电流都是交变电流()【提示】若只大小变化而方向不变的电流不是交变电流(2)恒定电流的大小和方向都不变，所以它是直流电()(3)线圈只要在匀强磁场中匀速转动就能产生正弦式交变电流()【提示】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动才能产生正弦式交变电流(4)线圈每转一周经过中性面两次()(5)当线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电流也最大()【提示】中性面位置感应电流为0.(6)发电机是把机械能转化为电能的装置()2(多选)如图所示图像中属于交流电的有()abcd图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化a、b、c图中的电流方向均发生了周期性变化3关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是() 【导学号：53932055】a线圈每经过中性面一次，感应电流方向改变一次，感应电动势方向不变b线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次c线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次d线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都要改变一次c线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次，转动一周方向改变两次，因此c正确，a、b、d错误合 作 探 究攻 重 难交变电流的产生1.过程分析如图211所示为线圈转动一周的过程中的几个关键位置图甲、丙、戊所示的位置，线圈平面垂直于磁感线，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫中性面图乙、丁所示的位置，线圈平面与磁场方向平行，ab、cd两边垂直切割磁感线，此时线圈的感应电流达到最大值图211这五个位置的中间过程，各有变化的电流存在，从图中可以看到，当ab边向右、cd边向左运动时，感应电流是沿abcd方向流动的当ab边向左、cd边向右运动时，感应电流是沿dcba方向流动的由以上分析可知，线圈转动一周的过程中，感应电流的大小和方向都在变化，每转动一周重复这种变化一次，这样线圈所在的电路中就出现了大小和方向都做周期性变化的交变电流2中性面特点线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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的方向就改变一次d线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零思路点拨：结合线框处于中性面的特点分析cd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与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故c、d选项正确搞清两个特殊位置的特点(1)线圈平面与磁场垂直时：e为0，i为0，为最大，为0.(2)线圈平面与磁场平行时：e为最大，i为最大，为0，为最大针对训练1线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图212所示，由图可知() 【导学号：53932056】a在a和c时刻线圈处于中性面位置b在b和d时刻穿过线圈的磁通量为零c从a时刻到d时刻线圈转过的角度为弧度d在a和c时刻磁通量变化率的绝对值最大d当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，b、d两时刻线圈位于中性面位置当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，a、c时刻线圈平面与磁感线平行，d正确，从a时刻到d时刻线圈转过的角度为弧度故选d.交变电流的变化规律1.从中性面开始计时，交变电流的电动势、电流、路端电压的图像都是正弦曲线(图213)图2132瞬时值表达式的推导(1)如图214为发电机线圈平面图，ab、cd边切割磁感线产生的感应电动势e2blvsin .图214(2)若从中性面开始计时，则em2blv，t瞬时值表达式为eemsin t.3从任意位置计时，瞬时值表达式eemsin(t)当时，即从最大值位置开始计时这时eemcos t.有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，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215所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 t，问：图215(1)该线圈产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少(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【解析】(1)交变电流电动势的最大值为em2nblvnbs100.50.2210 v6.28 v电流的最大值为im6.28 a.(2)从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eemsin t6.28sin (10t)v.(3)线圈从中性面位置开始转过30，感应电动势eemsin 303.14 v.【答案】(1)6.28 v6.28 a(2)e6.28sin (10t)v(3)3.14 v最大值与表达式1感应电动势的最大值由线圈匝数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，与转动轴的位置无关2书写感应电动势瞬时值表达式时一定要确定线圈的计时位置，eemsin t表示形式仅限于自中性面开始计时的情况当从垂直中性面开始计时时，表达式应为eemcos t.针对训练2如图216所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕ab轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度b t，线框的cd边长为20 cm，ce、df长均为10 cm，转速为50 r/s.若从图示位置开始计时：(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；(2)在et坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化的图像【解析】(1)线框转动，开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置，在t时刻线框转过的角度为t，此时刻ebl1l2cos t，即ebscos t.其中b t，s0.10.2 m20.02 m2，2n250 rad/s100 rad/s，故e0.02100cos(100t)v，即：e10cos(100t)v.(2)线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示：【答案】(1)e10cos(100t)v(2)见解析图当 堂 达 标固 双 基1(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是 () 【导学号：53932057】a如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流b直流电的大小可以变化，但方向一定不变c交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的d方向随时间变化的电流属于交变电流bd直流电的方向不发生变化，而大小可以改变，a错误，b正确交变电流是指方向发生周期性变化的电流，可以是锯齿形、矩形波形、尖脉冲波形以及正弦波形等，这些都属于交变电流，c错误，d正确2一只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像如图217甲所示，则下列说法中正确的是()图217at0时刻，线圈平面与中性面垂直bt0.01 s时刻，的变化率最大ct0.02 s时刻，感应电动势达到最大d该线圈产生的相应感应电动势的图像如图217乙所示b由题图甲可知t0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面；t0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以a项错误，b项正确t0.02 s时，感应电动势应为零，c、d项均错误3(多选)如图218所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴oo匀速转动，沿着oo观察，线圈沿逆时针方向转动已知匀强磁场的磁感应强度为b.线圈匝