高中物理 第5章 第1节 交变电流课件 新人教版选修32.ppt

第五章交变电流 同步导学方案 课后强化演练 对应学生用书p30 交变电流是生产和生活中最常用到的电流 且正弦式交流电是最简单 最基本的交变电流 本章内容是电磁感应知识的延伸和发展 是电磁感应理论的具体应用 本章包括三个单元内容 第一单元介绍正弦交变电流的产生条件 变化规律 公式和图象 及描述交变电流的物理量 周期 频率 瞬时值 峰值和有效值 这部分是本章的基础和重点 第二单元讨论在简单的交流电路中 电感 电容元件对交流电的影响 由此认识交变电流与恒定电流的区别 加深对交变电流特点的认识 第三单元介绍变压器的工作原理及在生产和生活中的应用 介绍远距离输送电能时采用高压的原理及变压器从中所起的作用 本章重点 一是交变电流的产生原理 二是交变电流有效值的定义 三是理想变压器的变压比 变流比 功率关系 四是远距离输电的有关运算 本章难点 有效值的理解和求解 电感和电容对交变电流的影响 理想变压器的有关运算和远距离输电的有关讨论 1 本章是电磁感应的发展和应用 学习本章前应先掌握产生感应电流的条件及感应电动势的计算和正弦图象等数学知识的储备 2 本章学习过程中特别要注意从交变电流的产生出发 搞清为描述交流的特点而定义的新概念和物理量 如 正弦式电流 中性面 瞬时值 峰值等 同时还能运用图象描述交变电流的规律 对应学生用书p30 3 对比方法是本章的主要物理方法 比如 对比瞬时值 峰值 有效值和平均值 对比直流和交流 在对比中加深理解 更利于掌握有关规律 同时学习在跟已知事物的对比中研究新事物特点的方法 体会到 具体事物 具体分析 的意义 4 交变电流与实际生活有较密切的联系 学习本章时要注意了解生活 生产中与交流电有关的现象及应用 第1节交变电流 1 直流电 方向不随时间变化的电流 简称 直流符号 dc2 交变电流 大小和方向均随时间做周期性变化的电流 简称 交流符号 ac 方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特征 也是交流电和直流电的根本区别 交流电的典型特征是电流方向变化 其大小可能不变 如矩形交流电的方向变化但大小不变 也是交流电 3 正弦式电流 按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流 简称正弦式电流 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 实验装置如图所示 2 过程分析 如图所示 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 线圈由丁位置回到甲位置过程中 电流方向为a b c d 有的同学误认为当线圈平面与中性面重合时 穿过线圈平面的磁通量最大 感应电动势也应最大 当线圈平面与磁感线重合时 穿过线圈平面的磁通量为零 感应电动势也应为零 1 正弦式电流表达式的推导 1 瞬时值表达式的推导若线圈平面从中性面开始转动 如图所示 则经时间t 2 峰值 由e nbs sin t可知 电动势的最大值 即峰值em nbs 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共同决定 与线圈的形状无关 与转轴的位置无关 如图所示的几种情况 若n b s 相同 则电动势的最大值相同 2 正弦式交变电流的图象 1 用图象描述交变电流的变化规律 在中性面时t 0 如下 从图象中可以解读到以下信息 1 交变电流的峰值em im和周期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 找出线圈平行磁感线的时刻 4 判断线圈中磁通量的变化情况 2 几种不同类型的交变电流 线圈转动时瞬时值与平均值的求法1 瞬时值求法 1 确定线圈转动从中性面位置开始计时 还是从垂直中性面的位置开始计时 2 确定表达式是正弦函数还是余弦函数 若从中性面位置开始计时 表达式为正弦函数 若从垂直中性面的位置开始计时 则为余弦函数 线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且在线圈平面内的轴匀速转动时产生交变电流 则下列说法中正确的是 a 当线圈位于中性面时 线圈中感应电流最大b 当穿过线圈的磁通量为零时 线圈中感应电动势最大c 线圈在磁场中每转一周 产生的感应电流方向改变一次d 每当线圈经过中性面时 感应电流的方向就改变一次 解析 线圈位于中性面时 线圈平面与磁场垂直 此时磁通量最大 但是各边都不切割磁感线 或者说磁通量的变化率为零 所以感应电动势为零 而穿过线圈的磁通量为零时 切割磁感线的有效速度最大 磁通量的变化率最大 所以感应电动势最大 故选项a错b正确 线圈在磁场中每转一周 产生的感应电流方向改变两次 c项错 很明显d项正确 答案 bd 方法总结 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 特别注意的是此时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 因此磁通量的变化规律与感应电动势 感应电流 的变化规律恰好相反 一方增大时另一方恰好减小 下面方法能够产生正弦式交变电流的是 解析 a c d中穿过线圈的磁通量均按正弦或余弦规律变化 b中的导体棒不切割磁感线 不产生感应电动势 故也不会有交变电流产生 答案 acd 有一个正方形线框的线圈匝数为10匝 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 求 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 分析 写感应电动势的表达式 应先确定最大值em 再确定计时起点 本题从线框处于中性面位置开始计时 感应电动势表达式应为e emsin t 答案 1 em 6 28vim 6 28a 2 e 5 44v 3 e 6 28sin10 tv 如图所示 匀强磁场b 0 1t 所用矩形线圈的匝数n 100 边长lab 0 2m lbc 0 5m 以角速度 100 rad s绕oo 轴匀速转动 当线圈平面通过中性面时开始计时 试求 矩形线圈的匝数为50匝 在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时 穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示 下列结论正确的是 a 在t 0 1s和t 0 3s时 电动势最大b 在t 0 2s和t 0 4s时 电动势改变方向c 电动势的最大值是157vd 在t 0 4s时 磁通量变化率最大 其值为3 14wb s 分析 交变电流的图象 峰值及变化规律 解析 答案 cd 方法总结 解决正弦交变电流图象问题要明确以下两点 1 明确交变电流的产生过程与图象的对应关系 2 抓住线圈在转动过程中经过两个特殊位置时各物理量的情况 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所示 下列说法中正确的是 a 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 如图所示 电流随时间变化的图象中能够表示交流电的是 解析 交流电是指电流的方向随时间做周期性变化的电流 图a b c中电流的波形图虽然不同 但是电流的方向均随时间做周期性变化 故它们可以表示交流电 答案 abc 2 图中哪些情况线圈中产生了交变电流 解析 由正弦交流电产生条件可知 转轴必须垂直磁感线 但对线圈的形状没有特殊要求 答案 bcd 3 一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴旋转 切割磁感线的两边通过导体圆环外接电阻r 自图示位置开始以角速度 匀速转动 则通过r的电流 a 大小和方向都不断变化b 方向不变 大小不断变化c 变化的规律i imsin td 变化的规律i imcos t 解析 线圈在匀强磁场中匀速转动时产生正弦式交变电流 和电阻r构成闭合回路 电流的大小 方向均发生变化 故选项a正确 b错误 由于线圈开始时位于垂直于中性面的平面 所以i imcos t 故选项d正确 c错误 答案 ad 4 2013 黄冈高二检测 如图甲所示为一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 线圈内磁通量随时间t变化如图乙所示 则下列说法中正确的是 a t1时刻线圈中的感应电动势最大b t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直c t3时刻线圈平面与中性面重合d t4 t5时刻线圈中感应电流的方向