高中物理 2.1 交变电流同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解交变电流和直流的概念 2 了解交变电流的产生过程和电动势与电流方向的变化规律 3 明确正弦交变电流的变化规律及表达式 知道中性面 瞬时值 峰值等概念 1交变电流 课标解读1 理解交变电流 直流的概念 2 理解交变电流的产生 会分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化 3 知道交变电流的变化规律及表示方法 4 通过对正弦交变电流感应电动势的推导 提高分析问题和知识迁移的能力 教学地位本节知识是高考命题的重点 交变电流的图像及产生与其他电学知识相结合 可以计算题的形式在高考中出现 新课导入建议我们的日常生活和工农业生产都离不开交变电流 那么交变电流是如何产生的 它有什么规律呢 这就是我们这节课主要探究和学习的知识 教学流程设计 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 除例1外可再变换命题角度 补充一个例题以拓展学生思路 步骤4 教师通过例题讲解总结两个特殊位置各物理量的特点 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式同完成探究1相同 步骤7 完成 探究3 重在讲解规律方法技巧 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤9 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 演示结束 1 基本知识 1 恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流 称为 2 交变电流 定义 大小和方向都随时间做变化的电流 称为 简称 正弦交流电 电流随时间按变化的交变电流 交变电流 恒定电流 周期性 交变电流 交流电 正弦函数规律 2 思考判断 1 交变电流即指的是正弦交流电 2 恒定电流是直流电 3 电流方向做周期性变化的电流就为交变电流 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 1 基本知识 1 产生 闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴转动时 线圈中产生的感应电流就是正弦交流电 正弦交变电流的产生及表述 匀速 2 描述 3 最大值表达式 em nbs 2 思考判断 1 只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流 2 正弦交变电流的函数形式与计时起点有关 3 探究交流如图2 1 1所示是线圈平面和磁场方向垂直的位置 即中性面位置 在此位置磁通量最大 在此位置为何线圈的电动势为零 感应电流为零 图2 1 1 提示 因为线圈a边和d边线速度方向与磁场方向平行 不切割磁感线 故电动势为零 感应电流为零 问题导思 1 什么方法可以产生交变电流 2 电路中通入交变电流时 导体中的自由电荷做怎样的定向移动 交变电流的产生过程 1 产生在匀强磁场中 绕垂直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2 1 2所示 图2 1 2 2 过程分析如图2 1 3所示图2 1 3 线圈由甲位置转到乙位置过程中 电流方向为b a d c 线圈由乙位置转到丙位置过程中 电流方向为b a d c 线圈由丙位置转到丁位置过程中 电流方向为a b c d 线圈由丁位置转到甲位置过程中 电流方向为a b c d 3 两个特殊位置对比 1 线圈每经过中性面一次 线圈中i感就要改变方向 线圈转一周 感应电流方向改变两次 2 线圈转到与中性面垂直即与磁感线平行的平面时磁通量为零 但磁通量的变化率最大 所以线圈的感应电动势 感应电流和线圈两端的电压都最大 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴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 通过线圈的磁通量最大c 线圈中的感应电动势最大d 线圈中感应电流的方向改变 审题指导 解答本题时应注意以下两点 1 线圈经过中性面时线圈平面与磁感线垂直 2 线圈经过中性面时各边都不切割磁感线 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 根据这一定义 线圈平面经过中性面瞬间 通过线圈的磁通量最大 线圈中的感应电动势为零 此后 感应电流的方向发生改变 所以选项b d正确 答案 bd 1 2012 南充高二期末 如图2 1 4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2 1 4 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 线圈在磁场中转动时产生的感应电动势与什么因素有关 2 如何计算多匝线圈不垂直切割磁感线时产生的感应电动势 交变电流的变化规律 1 瞬时值表达式的推导图2 1 5 1 不仅矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时产生正弦式交变电流 其他形状的线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时 产生的交变电流也是正弦式交变电流 2 线圈开始的位置不同时 只是正弦式交变电流表达式中正弦函数的角度不同 峰值和函数形式不变 3 正弦式交变电流电动势的峰值em nbs 由线圈的匝数n 磁感应强度b 线圈的面积s及其转动的角速度 确定 有一10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2 1 6 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2 1 6 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 审题指导 审题时应注意以下问题 1 n 10匝 线框相当于电源 没有外电路 2 通过计时起点位置 判断三角函数规律 答案 1 6 28v6 28a 2 5 44v 3 e 6 28sin10 tv 确定正弦式交变电流瞬时值表达式的基本方法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 2 如图2 1 7所示 匝数为100的圆形线圈绕与匀强磁场垂直的轴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 则线圈中感应电动势瞬时值的表达式为 a e 50sin tvb e 314cos314tvc e 50cos tvd e 314sin314tv 图2 1 7 答案 b 2013 成都实验中学高二检测 如图2 1 8 a 所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并绕过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时如图 b 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 四幅图中正确的是 综合解题方略 正弦交变电流 的图像问题 图2 1 8 审题指导 审题时应注意以下问题 1 矩形线圈转动特点和交变电流的产生原理 2 计时起点 不是中性面 也不是与中性面垂直的位置 答案 b 从图像中可以得到的信息 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i e随时间的变化规律 备课资源 教师用书独具 交流电之父 特斯拉特斯拉生于1856年7月10日 他是塞尔维亚人 生于当时属于奥匈帝国的克罗地亚 1882年 特斯拉开始在巴黎为爱迪生公司的欧洲分部工作 在这里他发明了一系列旋转磁场装置 并且获得了专利 1886年 特斯拉开设了自己的公司 特斯拉电灯和制造公司 次年 他制造出来世界上第一台无电刷交流发电机 又过了一年 他和乔治 韦斯汀豪斯一起工作 设计出了可以远程传输电力的多相交流电系统 1891年 他用一只没有电线却被点燃的灯泡来证明电力可以无线传输 后来 不通过两端有压差的导体 能量可以直接从空间的一点传到另一点的效应就被称为 特斯拉效应 在1893年1月位于芝加哥的一次世界博览会开幕典礼上 特斯拉展示了交流电同时点亮了90000盏灯泡的供电能力震慑全场 因为直流电根本达不到这种效果 1897年 举世知名的尼亚加拉水电站中 第一座10万匹马力的发电站建成 至今 这项建成足足超过100年的电力建设仍然运作如常 从未间断地产出天然能源 可谓是人类近百年科学史上的一大奇迹 在1893年到1895年期间 特斯拉作为美国电力工程学会 ieee 的副会长 研究了高频交流电系统 一种可以促进睡眠的机器 用煤气发电的无电线电灯 不用电线传输电力的方法 并且制造了第一台无线电波发射器 虽然他一生不断地致力于研究和创造 并取得约1000个发明专利 但他一生的研究不是为一己之利 特斯拉却是穷困潦倒 长年经济拮据 1943年1月7日晚间到8日早上之间的某个时间 特斯拉在纽约旅馆孤独地死于心脏衰竭 享年86岁 1 2012 广元高二检测 如图所示图像中不属于交流电的有 解析 题图中a b c中e的大小和方向均做周期性变化 故它们属于交流电 d中e的大小变化方向不变 属直流电 答案 d 2 交变电流是 a 矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流b 按正弦规律变化的电流c 大小随时间做周期性变化的电流d 方向随时间做周期性变化的电流 解析 矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流是交流电 但交流电不一定是匀速转动时产生的 故a错 按正弦规律变化的电流是交流电的一种 故b错 由交流电的定义 只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流 故c错 d对 答案 d 3 如图所示 哪些情况线圈中能产生交流电 解析 图a转动时 磁通量总是为零 故不产生交流电 b