高中物理 2.1-2.2 認識交變電流 交變電流的描述課時訓(xùn)練課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 一 交變電流1 恒定電流強弱和方向不隨時間變化的電流稱為恒定電流 簡稱直流 2 交變電流強弱和方向隨時間變化的電流稱為交變電流 簡稱交流 3 波形圖電流或電壓隨時間變化的圖象 通常利用示波器來觀察 日常生活和生產(chǎn)中所用的交變電流是按正弦規(guī)律變化的交變電流 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 把兩個發(fā)光時顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián) 注意使兩者正負極的方向不同 然后連接到教學(xué)用的發(fā)電機的兩端 如圖 轉(zhuǎn)動手柄 兩個磁極之間的線圈隨著轉(zhuǎn)動 觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況 實驗現(xiàn)象說明了什么 答案 可以觀察到兩個發(fā)光二極管交替發(fā)光 該實驗說明了發(fā)電機產(chǎn)生的電流的方向隨時間變化 不是直流 是交變電流 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 二 正弦交變電流的產(chǎn)生1 實驗裝置 1 交流發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu) 線圈 磁極 滑環(huán)及電刷 2 模型裝置圖 下圖 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 2 過程分析 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時 穿過線圈的磁通量就發(fā)生變化 從而產(chǎn)生感應(yīng)電流 用線圈和磁鐵做成發(fā)電機 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流怎么輸出來呢 答案 如下圖所示 利用電刷將感應(yīng)電流輸出 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 三 用函數(shù)表達式描述交變電流1 電動勢的瞬時值 N匝 面積為S的線圈以角速度 轉(zhuǎn)動 從中性面開始計時 得出 e Emsin t 其中Em NBS 叫做電動勢的峰值 3 電壓瞬時值 u Umsin t 4 按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流 簡稱正弦式電流 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 日常生活中照明電路用的是交變電流 交變電流的大小和方向是周期性變化的 我們?yōu)槭裁锤杏X白熾燈的明亮程度并沒有變化 答案 這主要是因為交變電流的大小和方向變化很快 白熾燈燈絲的溫度基本不變 所以燈的亮度基本沒有變化 再者人的眼睛有0 1s的視覺暫留 也不能分辨其變化情況 目標導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 四 用圖象描述交變電流1 圖象特點正弦式交變電流的電動勢e 電壓u及電流i隨時間按正弦規(guī)律變化 2 線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中 電動勢e 電壓u及電流i出現(xiàn)兩次最大值 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 四 一 交變電流的產(chǎn)生及方向1 產(chǎn)生 如圖 用矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流 1 切割磁感線的有效邊是圖中的ab和cd 2 線圈平面平行磁感線的位置 即通過線圈平面的磁通量為零的位置 圖中位置 兩個有效邊的切割速度方向垂直磁感線 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 3 線圈平面垂直磁感線的位置 即通過線圈平面的磁通量最大的位置 兩個有效邊的切割速度方向平行磁感線 不切割磁感線 線圈中的感應(yīng)電動勢為零 知識精要 一 二 三 四 2 方向 由線圈平面圖 見下面 可以看到 當ab邊向右 cd邊向左運動時 線圈平面圖 感應(yīng)電流是沿著abcd方向流動的 當ab邊向左 cd邊向右運動時 線圈平面圖 感應(yīng)電流是沿著dcba方向流動的 這兩種情況交替出現(xiàn) 線圈平面每經(jīng)過中性面一次 感應(yīng)電流的方向就改變一次 因此線圈轉(zhuǎn)動一周 感應(yīng)電流的方向改變兩次 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 例1 如圖為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖 關(guān)于這個實驗 正確的說法是 導(dǎo)學(xué)號51130027 A 線圈每轉(zhuǎn)動一周 指針左右擺動兩次B 圖示位置為中性面 線圈中無感應(yīng)電流C 圖示位置 ab邊的感應(yīng)電流方向由a bD 線圈平面與磁場方向平行時 磁通量變化率為零 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動時 在電路中產(chǎn)生周期性變化的交變電流 線圈經(jīng)過中性面時電流改變方向 線圈每轉(zhuǎn)動一周 有兩次通過中性面 電流方向改變兩次 指針左右擺動一次 故A項錯誤 線圈平面垂直于磁感線的位置稱為中性面 顯然圖示位置不是中性面 所以B項錯誤 線圈處于圖示位置時 ab邊向右運動 由右手定則 ab邊的感應(yīng)電流方向由a b 故C項正確 線圈平面與磁場方向平行時 ab cd邊垂直切割磁感線 線圈產(chǎn)生的電動勢最大 也可以這樣認為 線圈處于豎直位置時 磁通量為零 但磁通量變化率最大 故D項錯誤 答案 C 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 如圖所示 矩形線框在磁場內(nèi)做的各種勻速運動中 能夠產(chǎn)生交變電流的是 導(dǎo)學(xué)號51130028 答案 B解析 產(chǎn)生交變電流的條件是穿過線圈的磁通量發(fā)生周期性變化 選項B符合要求 一 二 三 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 二 中性面及中性面的垂面有何特點 線圈位于中性面時感應(yīng)電流有什么變化1 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知感應(yīng)電動勢的大小正比于磁通量變化率 而不是正比于磁通量 當線圈位于中性面時 盡管磁通量最大 但磁通量的變化率最小 故感應(yīng)電動勢最小 當線圈位于中性面的垂面時 盡管磁通量最小 為零 但其變化率最大 故該位置感應(yīng)電動勢最大 2 線圈位于中性面時 感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流為零 通過中性面時 電流的方向發(fā)生變化 線圈在一個周期內(nèi)兩次經(jīng)過中性面 故電流在一個周期內(nèi)方向改變兩次 一 二 三 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 3 中性面及中性面的垂面比較 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 例2 多選 矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動 在線圈平面經(jīng)過中性面瞬間 下列說法正確的是 A 線圈平面與磁感線平行B 通過線圈的磁通量最大C 線圈中的感應(yīng)電動勢最大D 線圈中感應(yīng)電動勢的方向改變解析 由中性面的定義可知 線圈平面與磁感線垂直 所以A項錯誤 由于線圈平面與磁感線垂直 所以磁通量最大 B項正確 導(dǎo)線運動方向與磁感線平行 感應(yīng)電動勢為零 所以C項錯誤 在中性面前后 穿過線圈的磁通量的變化由增加到減少 所以感應(yīng)電流的方向發(fā)生改變 所以D項正確 答案 BD 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 關(guān)于中性面 下列說法正確的是 A 線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時 穿過線圈的磁通量最大 磁通量變化率為零B 線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時 穿過線圈的磁通量為零 磁通量變化率最大C 線圈每經(jīng)過一次中性面 感應(yīng)電流的方向就改變一次D 線圈每轉(zhuǎn)動一周經(jīng)過中性面一次 所以線圈每轉(zhuǎn)動一周 感應(yīng)電流的方向就改變一次 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 AC解析 中性面是線圈平面與磁感線垂直的位置 線圈經(jīng)過該位置時 穿過線圈的磁通量最大 各邊都不切割磁感線 不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 所以磁通量變化率為零 A項正確 B項錯誤 線圈每經(jīng)過一次中性面 感應(yīng)電流的方向改變一次 但線圈每轉(zhuǎn)一周要經(jīng)過中性面兩次 所以每轉(zhuǎn)一周 感應(yīng)電流方向就改變兩次 C項正確 D項錯誤 一 二 三 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 三 對e Emsin t的理解1 交變電流的瞬時表達式的形式與開始計時時線圈的初位置有關(guān) 若從中性面開始計時 感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e Emsin t 若從線圈平面與磁場方向平行的位置開始計時 則感應(yīng)電動勢瞬時值表達式為2 最大值 Em NBS Em與轉(zhuǎn)軸的所在位置及線圈形狀無關(guān) 3 線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時 產(chǎn)生的正弦式交變電流與軸的位置 不一定是對稱軸 線圈的形狀無關(guān) 一 二 三 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 例3 如圖 有一10匝正方形線框 邊長為20cm 線框總電阻為1 線框繞OO 軸以10 rad s的角速度勻速轉(zhuǎn)動 垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0 5T 問 導(dǎo)學(xué)號51130029 1 該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值 電流峰值分別是多少 2 線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60 時 感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大 3 寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式 點撥 電動勢的峰值可用Em NBS 計算 而計算電動勢的瞬時值首先要確定計時起點 然后用e Emsin t或e Emcos t進行計算 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 1 交變電流電動勢峰值為Em NBS 10 0 5 0 22 10 V 6 28V 電流的峰值為 2 線框轉(zhuǎn)過60 時 感應(yīng)電動勢E Emsin60 5 44V 3 由于線框轉(zhuǎn)動是從中性面開始計時的 所以瞬時值表達式為e Emsin t 6 28sin10 t V 答案 1 6 28V6 28A 2 5 44V 3 e 6 28sin10 tV 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動 在轉(zhuǎn)動過程中 線框中的最大磁通量為 m 最大感應(yīng)電動勢為Em 下列說法中正確的是 導(dǎo)學(xué)號51130030 A 當磁通量為零時 感應(yīng)電動勢也為零B 當磁通量減少時 感應(yīng)電動勢在增大C 當磁通量等于0 5 m時 感應(yīng)電動勢等于0 5EmD 角速度 等于答案 BD 一 二 三 知識精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 1 公式法 設(shè)從線框位于中性面開始計時 則線框中產(chǎn)生正弦式電流 即e Emsin t 穿過線框的磁通量 隨時間按余弦規(guī)律變化 即 mcos t 2 圖象法 t圖象如圖所示 圖象在某點的斜率表示感應(yīng)電動勢瞬時值 由圖可知 A C兩項錯 B項對 由Em m 知D項對 一 二 三 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 四 正弦交變電流的圖象正弦交變電流隨時間的變化情況可以從圖象上表示出來 圖象描述的是交變電流隨時間變化的規(guī)律 它是一條正弦曲線 如圖所示 交變電流的e t圖象 由圖可以確定出以下信息 1 可以讀出正弦交變電流的峰值Em 2 可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)至中性面時電動勢為零的特點 確定線圈處于中性面的時刻 確定了該時刻 也就確定了磁通量最大的時刻和磁通量變化率最小的時刻 如t 0 t t2時刻 一 二 三 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 3 可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)至與磁場平行時感應(yīng)電動勢最大的特點 確定線圈與中性面垂直的時刻 此時刻也就是磁通量為零的時刻和磁通量變化率最大的時刻 如t t1 t t3時刻 4 可以確定某一時刻電動勢大小以及某一時刻電動勢的變化趨勢 一 二 三 四 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 例4 圖甲是交流發(fā)電機模型示意圖 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO 轉(zhuǎn)動 由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個和線圈一起繞OO 轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相連接 金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸 這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路 圖乙是線圈的主視圖 導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示 已知ab長度為L1 bc長度為L2 線圈以恒定角速度 逆時針轉(zhuǎn)動 只考慮單匝線圈 導(dǎo)學(xué)號51130031 一 二 三 四 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 1 線圈平面處于中性面位置時開始計時 試推導(dǎo)t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e1的表達式 2 線圈平面處于與中性面成 0夾角位置時開始計時 如圖丙所示 試寫出t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達式 一 二 三 四 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 點撥 解析 1 矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動過程中 只有ab和cd切割磁感線 設(shè)ab和cd的轉(zhuǎn)動速度為v 則在t時刻 導(dǎo)線ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢均為E1 BL2v 由圖可知v vsin t則整個線圈的感應(yīng)電動勢為e1 2E1 BL1L2 sin t 2 當線圈由題圖丙位置開始運動時 在t時刻整個線圈的感應(yīng)電動勢為e2 BL1L2 sin t 0 答案 1 e1 BL1L2 sin t 2 e2 BL1L2 sin t 0 一 二 三 四 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 四 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 如圖所示 圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交變電流的圖象 當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后 所產(chǎn)生正弦交變電流的圖象如圖線b所示 以下關(guān)于這兩個正弦交變電流的說法正確的是 導(dǎo)學(xué)號51130032 A 在圖中t 0時刻穿過線圈的磁通量均為零B 線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3 2C 交變電流a的瞬時值表達式為u 10sin5 t V 一 二 三 四 知識精要 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 BC 知識鏈接 案例探究 規(guī)律方法 平均電動勢的求法線圈在轉(zhuǎn)動過程中 某一段時間內(nèi)從一個位置轉(zhuǎn)到另一個位置所產(chǎn)生的電動勢 稱為平均電動勢 它不等于始 末兩時刻瞬時值的平均值 必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計算 即同理 計算交變電流在某段時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量 也必須用平均值 即 知識鏈接 案例探究 如圖所示 勻強磁場的磁感應(yīng)強度B 0 1T 所用矩形線圈總電阻為R 100 線圈的匝數(shù)n 100 邊長lab 0 2m lbc 0 5m 以角速度 100 rad s繞OO 軸勻速轉(zhuǎn)動 試求當線圈平面從圖示位置 與中性面垂直 轉(zhuǎn)過90 的過程中 1 線圈中的平均電動勢 2 通過線圈某一截面的電荷量 知識鏈接 案例探究 解析 1 線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過90 的過程中 線圈內(nèi)磁通量的變化量為 Blablbc 答案 1 200V 2 1 10 2C