物理 第二章 交变电流 1 交变电流 教科版选修32.ppt

1交变电流第二章交变电流1.理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图.2.理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的原理.3.知道交变电流的变化规律及表示方法.目标定位二、正弦式交变电流的产生三、正弦式交变电流的描述栏目索引一、交变电流对点检测 自查自纠一、交变电流n知识梳理1.交变电流：大小和方向都随时间做 的电流叫做交变电流，简称交流.2.直流：不随时间变化的电流称为直流，都不随时间变化的电流称为恒定电流.3.正弦式交变电流：电流随时间按 规律变化的交变电流.这是一种最简单、最基本的交变电流.答案周期性变化方向大小和方向正弦函数【深度思考】(1)交变电流的大小一定是变化的吗？答案答案交变电流的大小不一定变化，如方波交变电流，其大小是不变的.答案(2)交变电流与直流电的最大区别是什么？答答案案交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变.n典例精析例例1如图所示的图像中属于交变电流的有()解析解析选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流.ABC返回解析答案解题技巧二、正弦式交变电流的产生n知识梳理1.产生：如图1所示，在匀强磁场中的线圈绕垂直于 的轴 转动时，产生交变电流.图1答案磁感线匀速2.两个特殊位置：(1)中性面(SB位置，如图1中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时 ，为 ，e为 ，i为 .(填“最大”或“0”)线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变 次.最大000两答案(2)垂直中性面位置(SB位置，如图1中的乙、丁)此时为 ，e，I .(填“最大”或“0”)答案0最大最大最大【深度思考】如果将图1中的线圈ABCD换为三角形，轴OO也不在中心位置，其他条件不变，还能产生交变电流吗？答答案案能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特定要求.答案解解析析由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求.故选项B、C、D正确.n典例精析例例2如图中哪些情况线圈中产生了交变电流()解析答案BCD返回例例3关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法是()A线圈每转动一周，感应电流方向改变一次B线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次C线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次D线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次解解析析感应电动势和感应电流的方向，每经过中性面时改变一次，每个周期内方向改变两次，故选D.D解析答案三、正弦式交变电流的描述n知识梳理1.交变电流的瞬时值表达式推导线圈平面从中性面开始转动，如图2所示，则经过时间t：(1)线圈转过的角度为t.(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角 .(3)ab边转动的线速度大小：图2t答案(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)(5)整个线圈产生的感应电动势：e2eab ，若线圈为n匝，则e.由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按 规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流.BSsin t答案nBSsin t正弦函数eabBLabvsin _.2.对瞬时值表达式的理解写瞬时值表达式时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直(BS)位置计时.(1)从中性面计时：e .(2)从与中性面垂直位置计时：e .3.正弦式交变电流的峰值(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直.当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em.(2)决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.答案Emsin tEmcos tnBS如图3所示的几种情况中，如果n、B、S均相同，则感应电动势的峰值均为EmnBS.图34.正弦式交变电流的图像如图4所示，从图像中可以解读到以下信息：图4(1)交变电流的峰值Em、Im和周期T.(2)两个特殊值对应的位置：e0(或i0)时：线圈位于中性面上；e最大(或i最大)时：线圈平行于磁感线.(3)分析判断e、i的大小和方向随时间的变化规律.【深度思考】(1)若从垂直中性面的位置(或BS位置)开始计时，电动势的表达式还是按正弦规律变化吗？答案答案不是，按余弦规律变化.(2)为什么线圈转到中性面时磁通量最大而感应电动势和感应电流为零？答答案案因为线圈转到中性面时，虽然通过线圈的磁通量最大，但线圈各边速度的方向都与磁感线平行，不切割磁感线，磁通量的变化率为零，故感应电动势和感应电流为零.答案解析解析由题可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2，感应电动势的峰值EmnBS1000.10.1100 V100 V314 V.n典例精析例例4如图5所示，匀强磁场的磁感应强度B0.1 T，所用矩形线圈的匝数n100，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s绕OO轴匀速转动.试求：(1)感应电动势的峰值；图5答案答案314 V解析答案(2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，线圈中瞬时感应电动势的表达式；解析解析若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值eEmsin t(3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t 时刻的感应电动势大小.解析解析若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmcos t，代入数据得e314cos(100t)V答案答案e314sin(100t)V答案答案157 V解析答案总结提升所以e314sin(100t)V.例例5线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图6所示，由图可知()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图6解解析析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.解析答案D总结提升返回 对点检测 自查自纠1234解析答案1.(交变电流的产生及规律)(多选)如图7所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0 这段时间内()A.线圈中的感应电流一直在减小B.线圈中的感应电流先增大后减小C.穿过线圈的磁通量一直在减小D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小图72.(正弦式交变电流的图像)一个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8甲所示，则下列说法中正确的是()A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻，的变化率最大C.t0.02 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乙所示1234解析答案图8解解析析由题图甲可知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.B12343.(交变电流的规律)交流发电机工作时电动势为eEmsin t，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为()解析答案解析解析感应电动势的瞬时值表达式eEmsin t，而EmnBS，当加倍而S减半时，Em不变，故正确答案为C.C12344.(正弦式交变电流的描述)有一10匝正方形线框，边长为20 cm，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9所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T.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；解析答案图9答案答案6.28 V6.28 A解析解析交变电流电动势最大值为EmnBS100.50.2210 V6.28 V，1234(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大.解析答案返回解析解析线框从图示位置转过60时，感应电动势eEmsin 605.44 V.答案答案5.44 V本课结束