物理 第二章 交變電流 第一節(jié) 認識交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述 粵教版選修32

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1、第二章交變電流第一節(jié)認識交變電流第二節(jié)交變電流的描述 學習目標1.會觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和正弦式交變電流的概念.2.理解交變電流的產(chǎn)生過程，會分析電動勢和電流方向的變化規(guī)律.3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法，知道交變電流的瞬時值、峰值的物理含義內(nèi)容索引知識探究題型探究達標檢測知識探究1一、交變電流的產(chǎn)生一、交變電流的產(chǎn)生導學探究導學探究假定線圈繞OO軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖1甲至丁所示請分析判斷：圖1(1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向的變化情況 答案 轉(zhuǎn)動過程電流方向甲乙BADC乙丙BADC丙丁ABCD丁甲ABCD線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的電流最大線圈轉(zhuǎn)

2、到甲或丙位置時線圈中電流最小，為零，此時線圈所處的平面稱為中性面(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當產(chǎn)生的感應電流有最大值和最小值時線圈分別在什么位置？ 答案圖1知識梳理知識梳理正弦式交變電流的產(chǎn)生條件及中性面的特點：(1)正弦式交變電流的產(chǎn)生條件：將閉合矩形線圈置于 磁場中，并繞_方向的軸 轉(zhuǎn)動(2)中性面：線圈平面與磁感線 時的位置線圈處于中性面位置時，穿過線圈的 ，但線圈中的電流為_線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈中感應電流的方向都要改變線圈轉(zhuǎn)動一周，感應電流的方向改變 次勻強垂直磁場勻速垂直最大零兩即學即用即學即用判斷下列說法的正誤(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，就可以產(chǎn)生交變電流()(2)線圈在通過中性面

3、時磁通量最大，電流也最大()(3)線圈在通過垂直中性面的平面時電流最大，但磁通量為零()(4)線圈在通過中性面時電流的方向發(fā)生改變()二、用函數(shù)表達式描述交變電流二、用函數(shù)表達式描述交變電流導學探究導學探究如圖2是圖1中線圈ABCD在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時的截面圖線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為.經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是t，AB邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于t.設AB邊長為L1，BC邊長為L2，線圈面積SL1L2，磁感應強度為B，則：(1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應電動勢各為多大？ 答案圖2甲：eAB0 整個線圈中的感應電動勢由AB和CD兩部分組成，且eABeCD，所以甲：

4、e0乙：eeABeCDBSsin t丙：eBS(2)甲、乙、丙中整個線圈中的感應電動勢各為多大？ 答案圖2若線圈有n匝，則相當于n個完全相同的電源串聯(lián)，所以甲：e0乙：enBSsin t丙：enBS(3)若線圈有n匝，則甲、乙、丙中整個線圈的感應電動勢各為多大？ 答案圖2交變電流的瞬時值、峰值表達式(1)正弦式交變電流電動勢的瞬時值表達式：當從中性面開始計時：e .當從與中性面垂直的位置開始計時：e .(2)正弦式交變電流電動勢的峰值表達式：Em_與線圈的形狀 ，與轉(zhuǎn)動軸的位置 (填“有關”或“無關”)知識梳理知識梳理Emsin tEmcos tnBS無關無關即學即用即學即用有一個正方形線圈的

5、匝數(shù)為10匝，邊長為20 cm，線圈總電阻為1 ，線圈繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖3所示，勻強磁場的磁感應強度為0.5 T，該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值為 ，電流的峰值為 ，若從中性面位置開始計時，感應電動勢的瞬時值表達式為 圖36.28 V6.28 Ae6.28sin 10t V答案解析電動勢的峰值為EmnBS100.50.2210 V6.28 V 感應電動勢的瞬時值表達式為eEmsin t6.28sin 10t V.三、用圖象描述交變電流由正弦式電流的電動勢eEmsin t，電流iImsin t和電壓uUmsin t分別畫出et、it、ut圖象導學探究導學探究答案從

6、正弦式交變電流的圖象可以解讀到以下信息：(1)交變電流的周期T、峰值Im或者Em.(2)因線圈在中性面時感應電動勢、感應電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時刻；也可根據(jù)電流或者電壓峰值找出線圈平行磁感線的時刻(3)判斷線圈中磁通量最小、最大的時刻及磁通量變化率 最小的時刻(4)分析判斷i、e大小和方向隨時間的變化規(guī)律 知識梳理知識梳理即學即用即學即用判斷下列說法的正誤(1)當線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的軸做勻速圓周運動，線圈中的電流就是正(或余)弦式電流()(2)正弦式交流電在一個周期里，電流有一個最大值，一個最小值()(3)若某一閉合線圈中產(chǎn)生正弦式交流電，當電動勢達到最大值

7、時，線圈中的電流不一定達到最大值()2題型探究一、交變電流的產(chǎn)生例例1(多選)矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是A.當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大B.當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也為零C.每當線框經(jīng)過中性面時，感應電動勢或感應電流的方向就改變一次D.線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零答案解析線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應電動勢等于零，此時穿過線框的磁通量的變化率也等于零，感應電動勢或感應電流的方向也就在此時刻發(fā)生變

8、化.線框垂直于中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應電動勢最大，也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項正確.總結提升總結提升搞清兩個特殊位置的特點：(1)線圈平面與磁場垂直時：e為0，i為0，為最大， 為0.(2)線圈平面與磁場平行時：e為最大，i為最大，為0， 為最大.二、交變電流的變化規(guī)律2.正弦交變電流的瞬時值表達式(1)從中性面位置開始計時eEmsin t，iImsin t，UUmsin t(2)從與中性面垂直的位置開始計時eEmcos t，iImcos t，UUmcos t.例例2一矩形線圈，面積是0.05 m2，共1

9、00匝，線圈電阻r2 ，外接電阻R8 ，線圈在磁感應強度B 的勻強磁場中以n300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖4所示，若從中性面開始計時，求：(取3.14)(1)線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；圖4e50sin 10t V 答案解析線圈轉(zhuǎn)速n300 r/min5 r/s，角速度2n10 rad/s，線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大值EmNBS50 V，由此得到的感應電動勢瞬時值表達式為eEmsin t50sin 10t V. 答案解析圖4(3)外電路R兩端電壓瞬時值的表達式. 答案解析u40sin 10t V圖4方法總結方法總結1.求交變電流瞬時值的方法(1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位

10、置開始計時；(2)確定表達式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)；(3)確定轉(zhuǎn)動的角速度2n(n的單位為r/s)、峰值EmNBS；(4)寫出表達式，代入角速度求瞬時值.2.線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流，產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無關.如圖5所示，若線圈的面積與例2中題圖所示線圈面積相同，則答案完全相同.圖5三、交變電流的圖象例例3處在勻強磁場中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t0時刻，線圈平面與紙面重合，如圖6所示，線圈的cd邊離開紙面向外運動.若規(guī)定沿abcda方向的感應電流為正，則圖中能反映線圈中感應電流i隨時間t變化的圖象是圖6答案解析線

11、圈在磁場中從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電.對于圖示起始時刻，線圈的cd邊離開紙面向外運動，速度方向和磁場方向垂直，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大；用右手定則判斷出電流方向為逆時針方向，與規(guī)定的正方向相同，所以C對.技巧點撥技巧點撥1.從中性面開始計時是正弦曲線，從垂直中性面開始計時是余弦曲線.2.由楞次定律或右手定則判斷感應電流的方向.達標檢測31.(多選)如圖所示的圖象中屬于交變電流的有1234選項A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流，但不是正弦式交變電流；選項D中e的方向未變化，故是直流.答案解析2.(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有1234答案

12、3.(多選)如圖7甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動.從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照如圖乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t 時刻A.線圈中的電流最大B.穿過線圈的磁通量為零C.線圈所受的安培力為零D.線圈中的電流為零 1234答案解析圖7此時線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，B錯誤，由于此時感應電動勢為零，所以線圈中電流為零，線圈所受的安培力為零，A錯誤，C、D正確. 12344.如圖8所示，勻強磁場的磁感應強度B 邊長L10 cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r1 ，線圈繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度2 rad/s，外電路電阻R4 .求：(1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應電動勢的最大值.1234圖8 答案解析設轉(zhuǎn)動過程中感應電動勢的最大值為Em，(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過30角的過程中產(chǎn)生的平均感應電動勢.1234 答案解析圖8