2017-2018学年高中物理 第二章 交变电流 第1节 交变电流教学案 教科版选修3-2

1、第1节交流电流1.交流电流是指大小和方向随时周期性变化的电流。2.随着时间的变化，根据正弦规律变化的交流电流称为正弦交流电流。3.线圈在磁场中围绕与磁场垂直的轴以恒定速度旋转时，产生正弦交流电流。4.正弦交流电流的瞬时值表达式为e=Ems in t，u=Um sin t，I=Imsin t，表达式的em，Um，im表示交流电流的最大值。一、交流电流1.恒定电流和交流电流(1)恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。(2)交流电流：大小和方向随时周期性变化的电流，简称交流。(3)正弦交流电流：根据正弦函数的规律，电流随时间变化的交流电流，称为正弦交流。2.交流电流图像(1)波形图：电流或电压随

2、时间变化的图像。(2)观察方法：用示波器观察。(3)典型交流电流的波形图：图211二、正弦交流电流的产生和表达1.正弦交流电流生成(1)生成方法：封闭线圈在均匀磁场中绕与磁场方向垂直的轴以恒定速度旋转。(2)创建流程分析：伦茨定律说明了线圈旋转一周的情况，如图212所示。图212正弦交流电流的函数表示和图像电动势电压表电流函数E=EMS in tU=umsin _ tI=imsin _ t图像表达式中的Em、Um和Im分别是电动势、电压和电流的最大值，而E、U和I是瞬时值。3.中性面当T=0时，会侦测到传输力E=0牙齿。在牙齿情况下，线框所在的平面称为中性面。1.自主事故判定(1)只要线圈在磁

3、场中旋转，就能产生交流电流。（）(2)线圈磁通量最大时产生的电流也最大。（）(3)线圈平面垂直于磁场时，线圈没有电流。()(4)正弦交流电流的瞬时值时时刻刻变化。()(5)封闭线圈在均匀磁场中围绕平行于磁场方向的轴以恒定速度旋转时，产生正弦交流电。（）(6)教室的照明电路使用正弦电流。()合作探索次会议(1)如何区分直流和交流电流？提示：区分直流和交流电流的依据取决于电流的方向是否随时间而变化。(2)矩形线圈必须在均匀磁场中以恒定速度旋转，才能产生交流电吗？(？提示：矩形线圈在均匀磁场中以恒定速度旋转只是产生交流电流的一种茄子方法，不是唯一的方法。任意形状的平面线圈在均匀磁场中围绕垂直于磁场方

4、向的轴以恒定速度旋转，会产生交流电流。(3)正弦交流电流的最大值与线圈的形状、轴的位置有关吗？提示：交变传动力的最大值由线圈圈选手N、磁感应强度B、旋转角速度和线圈面积S确定，无论线圈的形状如何，均由轴的位置确定。如图(A)、(B)、(C)所示，如果N、B、S、相同，则传动力的最大值相同。交流电流的概念是(多重选取)下列影像中，属于AC的影像为()分析判断电流是交流电还是直流电取决于方向是否改变。在选项D中，大小随时间变化，但方向不变，因此是DC。在选项a、b和c中，e的方向都发生了变化，属于交流电源。回答 ABC(1)方向不变的电流是直流电，恒定电流是直流电之一。(2)只要电流的方向定期变化

5、，即交流电流，与电流是否发生大小变化无关。1.交流电流是()A.矩形线圈围绕垂直于磁场方向的轴在均匀磁场中以恒定速度旋转时产生的电流B.根据正弦定律变化的电流C.大小随时间定期变化的电流D.方向随时间定期变化的电流解决方法：如果选择D，则随时间定期变化的电流是交流电流。2.(多选)交流电流和直流电流的说法中正确的是()A.电流大小定期变化，必须是交流电流B.DC的大小可以改变，但方向不能改变C.交流电流必须根据正弦或余弦定律变化。D.交流电流的最大特点是电流的方向发生周期性的变化分析：选择BD直流的特点是电流方向不变，交流的特点是电流方向的周期性变化。此外，交流电流不一定是正弦交流或馀弦交流。

6、3.(多选)以下是属于交流电流的()解决方法：选择BC知道，通过交流电流的定义，只有方向周期性变化的电流是交流电流，选项A，D的电流方向总是不变的，不是交流电流。正弦交流电流的瞬时值和最大值1.矩值表达式派生螺旋平面开始在中性面上旋转时，在时间T之后，如图213所示：图213(1)线圈旋转的角度为t。(2)ab边的线速度和磁感线方向的角度= T(3)ab侧旋转的线速度大小：V= r=。(4)ab边产生的柔道电动势：Eab=eab=BLabvsin =sin t(5)整个线圈产生的柔道电动势：e=ea b ECD=2 eab=bs sin t，如果线圈为n转，则e=nbs sin T2.最大值(

7、1) E=由NBS SIN T表示的最大传动力em=NBS 。(2)交变传动力的最大值由线圈圈选手N、磁感应强度B、线圈面积S和旋转角速度确定，与线圈的形状无关，与轴的位置无关，因此图214所示的几个茄子中，如果N、B、S、相同，则传动力的最大值相同。图214电流，电压瞬时值如果线圈向外部电阻R供电，则线圈等同于电源，线圈本身的电阻为R，由闭合电路欧姆决定。法律：(1)线圈的电流I=sin t，I=imsin t。(2)R的双端电压可记录为u=IR=rims in t=um sin t。特别通知在垂直中性面上旋转时，正弦为馀弦，即E=EMCOS T，对应的I=IMCOS T，U=UMCOS T

8、，通常也称为正弦交流电流。4.两个特殊位置的物理量比较中性面中性面的垂直面位置线圈平面垂直于磁场线圈平面与磁场平行磁通最大值零磁通变化率零最大值感应电动势零最大值感应电流零最大值电流方向变更不变是正方形线圈的匝数为10圈，边长为20厘米，线圈总电阻为1，线圈以10 rad/s的角速度围绕OO 轴旋转。如图215所示，均匀磁场的磁感应强度为0.5 T。图213(1)牙齿线圈产生的交流电流电动势的最大值和电流的最大值分别是多少？(2)在中性曲面位置开始计时后，创建检测传动力随时间变化的表达式。(3)线圈从中性面位置开始转动30度时，感应电动势的瞬间值是多少？事故点(1)线圈在均匀磁场中围绕与磁场垂

9、直的轴以恒定速度旋转时，电动势的最大em=nbs omega。(2)感应电动势瞬间值表示式与起始计时位置相关，并且在中性面上开始计时E=EMS in T分析 (1)交流电流电动势的最大值为em=nbs=100 . 50 . 2210v6.28v电流的最大值为im=6.28 a。(2)在中性面位置开始计时。检测电动势的瞬时值表达式为e=EMS int10 t v(3)线圈在中性面位置旋转30以检测电动势e=EMS in 303.14v。回答(1)6.28v 6.28 a(2)e=6.28 sin 100 ST v(3)3.14v(1)在写电动势E的瞬间值表达式中，表达式e=EMS in t和e=

10、emcos t容易混淆。根据线圈在初始时刻的位置，必须确定初始瞬间电动势是最大值还是0。(2)旋转速度N不能被看作角速度。如果N个单位为旋转/秒，=2 n，如果N个单位为旋转/分时，=。1.(多选)当矩形线框垂直于均匀磁场，围绕线框平面内的轴以恒定速度旋转时，会产生交流电流A.线框在中性面上时，线框中的柔道传动力最大B.如果通过线框的磁通量为零，则线框的柔道电动势也为零C.只要线框通过中性面，检测电流的方向就会改变一次D.线框垂直于中性面时，线框中的柔道电动势最大分析：当选定的CD线框位于中性面上时，线框平面垂直于磁感应线，通过线框的磁通量最大，但在磁感应善意两侧切割的速度与磁感应线平行。也就

11、是说，它不会切断磁感应线，因此电动势等于0，感应电流的方向会变更。线框平面垂直于中性面时，通过线框的磁通量为零，但切割磁力线的两侧垂直切割，有效切割速度最快，因此感应电动势最大，因此C，D选项是正确的。2.如图216所示，当一个线圈在均匀磁场中以恒定速度旋转通过图位置时()图216A.通过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大B.通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C.通过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小D.通过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小解析：图中显示了选取A，其螺旋平面必须平行于磁感应线，且位于与中性面互垂的平面上。在牙齿情况下，通过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大小，因

12、此A选项是正确的。3.当矩形线圈在均匀磁场中以恒定速度旋转时产生的感应电动势的最大值为50 V，当牙齿线圈从图217所示的位置旋转到30时，线圈的感应电动势的大小为()。图217A.50v b.25vC.25v d.10v解决方案：如果选择B矩形线圈，则从图标位置开始时间旋转产生的感应电动势E=50 COS T V，因此如果线圈旋转30，则线圈的感应电动势大小为50 COS 30V=25V，选项B正确。交流电流图像问题随着时间的推移，交流电流的变化规律不再是简单的正比例关系，所以使用图像进行分析比单纯使用代数的方法更加简单直观。1.如图218所示，在交流电流的et图像中，可以确定以下数量：图2

13、18(1)可以读取电动势的最大Em。(2)根据线圈移动到中性面时电动势为零的特征，确定线圈在中性面上的瞬间，确定其瞬间，确定磁通量最大的瞬间和磁通量变化率最小的瞬间。(3)根据线圈与磁场平行时感应电动势的最大特征，可以确认线圈垂直于中性面的瞬间，即磁通量为零的瞬间和磁通量变化率最大的瞬间。(4)可以确定某一时刻电动势的大小和某一时刻电动势的变化趋势。2.交流电流的电压或电流变化的速度(变化率)，等于图表中瞬时切线的斜率，不同于电压或电流瞬时值的大小。瞬时值最大时，变化率最小(等于0)。如果瞬间值为0，则变化率正好是最大的。在具体问题上，要确定与哪些杨怡即时值相关，与哪些杨怡变化率相关。是(多选

14、)垂直于均匀磁场，围绕线圈平面内的固定轴以恒定速度旋转的矩形线圈。线圈的感应电动势E随时间T变化的规律如图219所示，以下表达正确()图219A.线圈平面平行于磁场方向时，计时开始B.在t1和T3时间通过线圈的磁通量为零C.t1和T3时间通过线圈的磁通量变化率为零D.感应电动势e的方向变化时，通过线圈的磁通量最大想法拨号回答牙齿问题时，必须了解以下两个茄子事项。(1)线圈旋转过程中几个茄子特殊位置的特性。(2)磁通、磁通变化率、柔道电动势、感应电流之间的关系。从解析问题图中可以看出，T=0时，感应电动势最大，通过线圈的磁通量变化率最大，磁通量为零。也就是说，线圈平面与磁场方向平行时开始计时。选

15、项A正确。T1，T3瞬时感应电动势为0，通过线圈的磁通量变化率为0，磁通量最大，选项B误差，C正确。感应电动势E的方向变化时，线圈通过中性面，通过线圈的磁通量最大，选项D正确。回答 ACD交流电流视频问题分析方法(1)看清双轴物理量的物理意义，区分是什么样的形象。(2)分析牙齿表示“倾斜”、“节距”、“点”的物理意义。(3)把握“画与画”、“画与风格”和“画与物”之间的对应关系。1.(多选择)矩形线圈的匝数为50，图2110示出了在均匀磁场中围绕与磁场方向垂直的轴以恒定速度旋转时通过线圈的磁通量随时间变化的模式。以下结论正确的是()图2110A.在t=0.1s和t=0.3s时，传动力最大B.在

16、t=0.2s和t=0.4s时，电动势方向会发生变更C.电动势的最大值为157 VD.t=0.4s时磁通量变化率最大，为3.14 Wb/s解决方案：选择CD在T=0.1S和T=0.3S时通过螺旋的磁通量最大，但更改率为零，传动力为零，选项A无效。在T=0.2S和T=0.4S时，通过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，传动力最大，传动力不变，选项B无效。电动势的最大em=nbs ， m=bs，=，em=500.2v=157v，选项c是正确的。T=0.4s时，磁通量变化率最大，=3.14wb/s，选项d正确。2.(多选)在均匀磁场中，矩形金属线框绕与磁感应线垂直的轴以恒定速度旋转(见图2111甲

17、)。图2111如果A.t=0.005s，则线框的磁通量变化率为0B.t=0.01s时，线框平面与中性面重合C.线框生成的交变电动势的最大值为311 VD.线框生成的交变电动势的最大值为622 V解决方案：选择BC可以从问题的图像中看到。牙齿交替电动势的瞬时值表达式为E=311sin100T (V)。T=0.005S时，传动力最大，线框的磁通变化率最大，选项A无效。T=0.01S时，感应电动势为0，通过线架构的磁通量最大，线架构平面与中性面重合，选项B正确。感应电动势的最大值为311 V，选项C正确，D错误。3.如图2112所示，虚线OO 的左侧是垂直于纸面的均匀磁场，右侧没有磁场。单个旋转矩形线圈A