人教版物理选修3-2全册精品课件_第五章第一节.ppt

第五章交变电流,第五章交变电流,第一节交变电流,学习目标：1.知道什么是交变电流，以及它与直流电的区别2了解交流电的产生原理，会推导正弦式交流电的表达式3会用数学函数表达式和图象描述交流电重点难点：1.正弦式交流电的表达式的推导2正弦式交流电的瞬时表达式与图象,一、交变电流自主探究,图511成功发现1交变电流：_都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流(AC)2直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC),大小和方向,图511中，A、B图象所描述的电流的共同点是：电流的大小和方向都随时间做周期性变化；C、D图象所描述的电流的共同点是：电流_不随时间变化,方向,二、交变电流的产生自主探究如图512所示，当线圈沿逆时针方向匀速转动时，回答下列问题：图512,(1)线圈由甲位置转到乙位置的过程中，AB边中电流方向为从_到_，由丙位置转到丁位置的过程中，AB边中电流方向为从_到_(2)线圈转到_和_位置时线圈中没有电流；转到_和_位置时电流最大成功发现1产生原理：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴_转动，线圈中产生的是交变电流,B,A,A,B,甲,丙,乙,丁,匀速,2中性面：线圈与磁场方向_的位置线圈经过中性面时，感应电流大小为_，_发生改变三、交变电流的变化规律1.正弦式交变电流的瞬时值表达式i_u_e_,垂直,零,方向,Imsint,Umsint,Emsint,其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的_，Im、Um、Em分别表示电流、电压、电动势的_2.正弦式交变电流的图象：如图513所示图513,瞬时值,最大值,3.几种不同类型的交变电流实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图514所示图514,要点1中性面及其垂直位置的特性比较,(2012石家庄二中高二检测)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面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方向就改变一次D线框经过中性面时，各边不切割磁感线,【思路点拨】(1)线圈位于中性面时各边不切割磁感线(2)线圈垂直于中性面时，两边切割磁感线的速度最大【精讲精析】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方向与磁感线平行,即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻变化,垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直,有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大故C、D正确【答案】CD,变式训练1.如图515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515,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abD线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零,解析：选C.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ab；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,要点2交变电流的变化规律分析1.瞬时值表达式的推导图516,若线圈平面从中性面开始转动，如图516，则经过时间t：,特别提醒：(1)瞬时值表达式与开始计时的位置有关若线圈从中性面开始计时，eEmsint.若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost.(2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关图517,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10rad/s的角速度匀速转动，如图517,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)写出感应电动势随时间变化的表达式(3)线圈从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？,【思路点拨】先根据EmNBS计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是eEmsint还是eEmcost.,(2)感应电动势的瞬时值表达式为eEmcost6.28cos10tV.(3)线圈转过60，感应电动势eEmcos603.14V.【答案】(1)6.28V6.28A(2)e6.28cos10tV(3)3.14V,【方法总结】求解交变电流瞬时值可分三步(1)确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表达式是正弦还是余弦形式；(2)确定线圈转动的角速度及线圈匝数n、磁感应强度B、线圈面积S等；(3)根据EmnBS，求出最大值后按表达式eEmsint或eEmcost代入Em及的具体数值,变式训练,解析：选C.交变电流的瞬时值表达式eEmsint，其中EmNBS，当加倍而S减半时，Em不变，故C正确,要点3正弦式交变电流的图象1.对交变电流图象的认识如图518所示，正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线图518,2.交变电流图象的应用从图象中可以解读到以下信息：(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e、i、u随时间的变化规律,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随时间的变化如图519所示，下列说法中正确的是()At1时刻通过的磁通量为零Bt2时刻通过的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大D每当e变换方向时通过的磁通量的绝对值最大,图519,【精讲精析】因电动势按余弦规律变化，故初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，至t1时刻恰好到达中性面，磁通量最大，A错；t2时刻又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大,B错；t3时刻又到达中性面，磁通量最大，但其变化率为零，C错；e变换方向时正是其大小为零时，也恰好是磁通量最大时【答案】D,【方法总结】分析交变电流图象时要注意一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义一定要把图象与线圈在磁场中的位置对应起来二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系例如可借助磁通量的变化图线与电动势的变化图线是否是互余关系来分析问题三判：在此基础上进行正确的分析和判断,变式训练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，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图5110甲所示，则下列说法中正确的是()图5110,At0时刻线圈平面与中性面垂直Bt0.01s时刻的变化率达最大Ct0.02s时刻感应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示,经典案例(8分)如图5111所示，匀强磁场