高中物理 第2章 交變電流與發(fā)電機(jī) 學(xué)案1 怎樣產(chǎn)生交變電流同步備課課件 滬科版選修3-2

1、1第2章交變電流與發(fā)電機(jī)1怎樣產(chǎn)生交變電流2目標(biāo)定位1.會觀察電流(或電壓)的波形圖，理解交變電流和直流的概念.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、 最大值的物理含義.3內(nèi)容索引知識探究達(dá)標(biāo)檢測4知識探究15一、交變電流一、交變電流兩個發(fā)光二極管接成如圖1所示電路(1)把電路接在干電池的兩端時，可以觀察到的現(xiàn)象是什么？當(dāng)接在干電池兩端時，只有一個發(fā)光二極管會亮. 答案圖1(2)把電路接在手搖式發(fā)電機(jī)兩端時，又會觀察到怎樣的現(xiàn)象？當(dāng)接在手搖式發(fā)電機(jī)兩端時，兩個發(fā)光二極管間或的閃亮，原因是發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與直流不同的電

2、流，兩個發(fā)光二極管一會兒接通這一個，一會兒再接通另外一個，電流方向不停地改變. 答案6要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)1.大小和方向都隨時間做 變化的電流叫交變電流，簡稱 .2. 不隨時間變化的電流稱為直流. 、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流.3.對直流電流和交變電流的區(qū)分主要是看電流 是否變化.大小交流方向周期性方向7例例1 (多選)如圖所示的圖像中屬于交變電流的有答案解析典型例題典型例題選項(xiàng)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(xiàng)D中e的方向未變化，故是直流.8二、交變電流的產(chǎn)生二、交變電流的產(chǎn)生圖2假定線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖2甲至丁所示.請分析判斷：

3、(1)圖中，在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？由B到A答案9(2)在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？圖2由A到B答案10(3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中的電流最大？圖2線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時線圈中沒有電流，稱為中性面.線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的電流最大.答案11(4)大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線，從E經(jīng)過負(fù)載流向F的電流記為正，反之為負(fù).在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁幾個位置時對應(yīng)的時刻.圖2答案12要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)1.交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造：主要由可轉(zhuǎn)動的 (電樞)和 兩部分組成.2.正弦式交變電流的產(chǎn)生：將閉

4、合矩形線圈置于 磁場中，并繞_ _方向的軸 轉(zhuǎn)動.3.中性面線圈平面與磁感線 時的位置(1)線圈處于中性面位置時，穿過線圈的 ，但線圈中的電流為_ (填“最大”或“零”).(2)線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈中感應(yīng)電流方向都要改變.線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向改變 次.線圈磁體垂直勻強(qiáng)勻速垂直零最大兩磁場134.旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)(1) 旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生電壓一般不超過500 V定子：_轉(zhuǎn)子：_(2) 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī) 能產(chǎn)生幾千伏到幾萬伏電壓定子：_轉(zhuǎn)子：_5.交變電流的電能從哪里來從能量轉(zhuǎn)化的角度看，發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)器.磁體線圈線圈磁體14例例2(多選)矩形線框

5、繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是 A.當(dāng)線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大B.當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動勢也為零C.每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向就改變一次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典型例題典型例題15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，所以電動勢等于零，也應(yīng)該知道此時穿過線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向也就在此時刻變化.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

6、直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)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(xiàng)正確.16三、交變電流的變化規(guī)律三、交變電流的變化規(guī)律如圖3所示是圖2中線圈ABCD在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時的截面圖.設(shè)AB邊長為L1，BC邊長為L2，線圈面積SL1L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈轉(zhuǎn)動的角速度為，則：圖3(1)甲、乙、丙位置AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢各為多大？答案1718(2)甲、乙、丙位置整個線圈中的感應(yīng)電動勢各為多大？圖3答案整個線圈中的感應(yīng)電動勢由AB和CD兩部分產(chǎn)生，且eABeCD，所以甲：e0乙：eeABeCDBSsin t丙：eBS19(3)若線圈有n匝，則甲、乙、丙中整個線圈

7、的感應(yīng)電動勢各為多大？圖3答案若線圈有n匝，則相當(dāng)于n個完全相同的電源串聯(lián)，所以甲：e0乙：enBSsin t丙：enBS20要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)1.正弦式交變電流的瞬時值表達(dá)式(1)當(dāng)從中性面開始計時：e_(2)當(dāng)從與中性面垂直的位置開始計時：e .2.正弦式交變電流的峰值表達(dá)式EmaxnBS與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸的位置 .(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)Emaxsin t.Emaxcos t無關(guān)213.兩個特殊位置(1)中性面：線圈平面與磁場 . ， 為 ，e為 ，i為 .(填“0”或“最大”)線圈每次經(jīng)過中性面時，線圈感應(yīng)電流的方向要改變.線圈轉(zhuǎn)動一圈，感應(yīng)電流方向改變 次.(2)垂直中性面：線圈平面

8、與磁場 .為 ， ，e為 ，I .(填“0”或“最大”)最大最大最大最大0平行兩000垂直224.(1)正弦式交變電流的圖像及應(yīng)用或從中性面計時從垂直中性面(BS)計時23(2)從正弦式交變電流的圖像中可以解讀到以下信息：交變電流的周期T、峰值Im或者Em.因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)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.判斷線圈中磁通量最小、最大的時刻及磁通量變化率 最大、最小的時刻.分析判斷i、e的大小和方向隨時間變化的規(guī)律.24例例3有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為20 cm，線圈總電阻為1 ，線圈繞OO軸以1

9、0 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖4所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T，求：(1)該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值、電流的峰值分別是多少.答案解析典型例題典型例題圖46.28 V6.28 A25交變電流電動勢的峰值為Emax2nBLvnBS100.50.2210 V6.28 V26(2)若從中性面位置開始計時，寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達(dá)式.答案解析從中性面位置開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為eEmaxsin t6.28sin (10t) V.e6.28sin (10t) V27(3)線圈從中性面位置開始，轉(zhuǎn)過30時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大.答案解析線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)過30，

10、感應(yīng)電動勢eEmaxsin 303.14 V.3.14 V28例例4線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖像如圖5所示，由圖中信息可以判斷A.在A和C時刻線圈處于中性面位置B.在B和D穿過線圈的磁通量為零C.從AD線圈轉(zhuǎn)過的角度為2D.若從OD歷時0.02 s，則在1 s內(nèi)交 變電流的方向改變100次答案解析圖529根據(jù)題圖，首先判斷出交變電流的瞬時值表達(dá)式iImaxsin t.其中Imax是交變電流的最大值，是線圈旋轉(zhuǎn)的角速度.另外，應(yīng)該進(jìn)一步認(rèn)識到線圈是從中性面開始旋轉(zhuǎn)，而且線圈每旋轉(zhuǎn)一周，兩次經(jīng)過中性面，經(jīng)過中性面的位置時電流改變方向，從題圖可以看出，在O、B、D時

11、刻電流為零，所以此時刻線圈恰好在中性面的位置，且穿過線圈的磁通量最大；在A、C時刻電流最大，線圈處于和中性面垂直的位置，此時磁通量為零；從A到D，線圈旋轉(zhuǎn) 周，轉(zhuǎn)過的角度為 ；如果從O到D歷時0.02 s，恰好為一個周期，所以1 s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過50個周期，100次經(jīng)過中性面，電流方向改變100次.綜合以上分析可得，只有選項(xiàng)D正確.30達(dá)標(biāo)檢測2311.(交變電流的產(chǎn)生)(多選)下列各圖中，線圈中能產(chǎn)生交變電流的有1234答案322.(交變電流的規(guī)律)(多選)如圖6所示，矩形線圈abcd放在勻強(qiáng)磁場中，adbcl1，abcdl2.從圖示位置起該線圈以角速度繞不同轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，則A.以O(shè)O為轉(zhuǎn)軸時，

12、感應(yīng)電動勢eBl1l2sin tB.以O(shè)1O1為轉(zhuǎn)軸時，感應(yīng)電動勢eBl1l2sin tC.以O(shè)O為轉(zhuǎn)軸時，感應(yīng)電動勢eBl1l2cos t圖6答案解析1234D.以O(shè)O為轉(zhuǎn)軸跟以ab為轉(zhuǎn)軸一樣，感應(yīng)電動勢eBl1l2sin (t )33以O(shè)1O1為軸轉(zhuǎn)動時，磁通量不變，不產(chǎn)生交變電流.無論以O(shè)O為軸還是以ab為軸轉(zhuǎn)動，感應(yīng)電動勢的最大值都是Bl1l2.由于是從與磁場平行的面開始計時，產(chǎn)生的是余弦式交變電流，故C、D正確.1234343.(交變電流的圖像)一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖7甲所示，則下列說法中正確的是A.t0時刻，線圈平面與中性面垂直B.t0.01 s時刻，的變化率最大C.t0.02 s時刻，交變電動勢達(dá)到最大D.該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動勢的圖像如圖乙所示答案解析圖7123435由題圖甲可知t0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面.t0.01 s時刻，磁通量為零，但變化率最大，所以A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確.t0.02 s時，感應(yīng)電動勢應(yīng)為零，C、D項(xiàng)均錯誤.1234364.(交變電流的規(guī)律)如圖8所示，線圈的面積是0.05 m2，共100匝，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B