新高中物理 第二章 1 认识交变电流 交变电流的描述课件 粤教选修32.ppt
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1、第二章交变电流目标定位1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义学案1认识交变电流交变电流的描述知识探究自我检测32021/8/8 星期日一、交变电流的产生 问题设计知识探究假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图1甲至丁所示请分析判断：(1)在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流沿哪个方向？答案由B到A(2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流沿哪个方向？答案由A到B(3)线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？答案线
2、圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，称为中性面线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之记为负在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻答案要点提炼1_和_都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流_和_都不随时间改变的电流叫恒定电流注意：交流的特点是方向改变2正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于_磁场中，并绕_方向的轴_转动强弱方向强弱方向匀强垂直磁场匀速3中性面线圈平面与磁感线_时的位置(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的_，但线圈中的电流_(填“最大”或“为零”)(2)线圈每次经过中性面
3、时，线圈中感应电流方向都要改变线圈转动一周，感应电流方向改变_次垂直最大为零两 问题设计图2二、用函数表达式描述交变电流如图2是图1中线圈ABCD在磁场中绕轴OO转动时的截面图设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积SL1L2，磁感应强度为B，线圈转动角速度为，则：(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？答案(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？答案整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分组成，且eABeCD，所以甲：e0乙：eeABeCDBSsin t丙：eBS(3)若线圈有N匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？答案若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的
4、电源串联，所以甲：e0乙：eNBSsin t丙：eNBS要点提炼1正弦式交变电流瞬时值表达式：(1)当从中性面开始计时：e_.(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e_.2正弦式交变电流的峰值表达式：Em_与线圈的形状及转动轴的位置_(填“有关”或“无关”)Emsin tEmcos tnBS无关3两个特殊位置：(1)中性面：线圈平面与磁场_，为_，e为_，i为_.(填“0”或“最大”)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向要改变，线圈转动一周，感应电流方向改变_(2)垂直中性面：线圈平面与磁场_为_，为_，e为_，i为_(填“0”或“最大”)垂直最大000两次平行0最大最大最大三、用图象描
5、述交变电流 要点提炼1正弦式交变电流的图象(如图3所示)图3从中性面开始计时2从正弦式交变电流的图象可以解读到以下信息：(1)交变电流的周期T、峰值Im或者Em.(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；也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻(3)判断线圈中磁通量最小、最大的时刻及磁通量变化率 最大、最小的时刻(4)分析判断i、e大小和方向随时间的变化规律典例精析一、交变电流的判断例1 如图所示，下列选项中属于交流电的是()解析方向随时间作周期性变化是交变电流最重要的特征A、B、D三项所示的电流大小随时间作周期性变化，但其方向不变，
6、不是交变电流，它们所表示的是直流电C选项中电流的方向随时间作周期性变化，故选C.答案C例2 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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，各边有效切割磁感线的速度为零二、正弦式交变电流的产生解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与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动
7、势或感应电流的方向也就在此时刻变化线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大故C、D选项正确答案CD例3 有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图4所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：三、交变电流的规律图4(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解析交变电流电动势的峰值为Em2nBLvnBS100.50.2210 V6.28 V电流的峰值为Im 6.28 A.答案6.28 V6.28
8、 A(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式解析 从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmsin t6.28sin(10t)V.答案e6.28sin(10t)V(3)线圈从中性面位置开始，转过30时，感应电动势的瞬时值是多大解析 线圈从中性面位置开始转过30，感应电动势eEmsin 303.14 V.答案 3.14 V四、交变电流的图象例4 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图5所示，由图中信息可以判断()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AD线圈转过的角度为2D若从OD时刻历时0.02 s，
9、则在1 s内交变电流的方向改变100次图5解析根据题图，首先判断出交变电流的瞬时值表达式iImsin t.其中Im是交变电流的最大值，是线圈旋转的角速度另外，应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈每旋转一周，两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向，从题图可以看出，在O、B、D时刻电流为零，所以此时线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；如果从O到D历时0.02 s，恰好为一个周期，所以1 s内线圈转过50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次综合以上分析可得，只有选项D正确答案D课堂要点小结1
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