第三章　1.交變電流—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊課件(共44張PPT)

1、1.交變電流必備知識自我檢測一、交變電流1.交變電流:大小和方向都隨時間做周期性變化的電流,簡稱交流。2.直流:方向不隨時間變化的電流。大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。二、交變電流的產(chǎn)生1.產(chǎn)生條件:在勻強磁場中,矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。2.中性面:線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的過程中,線圈平面與磁場垂直時所在的平面。必備知識自我檢測三、交變電流的變化規(guī)律1.從兩個特殊位置開始計時瞬時值的表達式必備知識自我檢測2.正弦式交變電流:按正弦規(guī)律變化的交變電流,簡稱正弦式電流。3.幾種不同類型的交變電流在實際應用中,交變電流有不同的變化規(guī)律,常見的有以下幾種,如圖所示。必備知識自我檢測

2、1.正誤判斷。(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,就可以產(chǎn)生交變電流。()解析:如果線圈繞與磁場平行的軸轉(zhuǎn)動,則不會產(chǎn)生感應電流。答案:(2)當線圈中的磁通量最大時,產(chǎn)生的電流也最大。()解析:線圈與磁場平行時,電動勢最大,電流最大,此時磁通量為零。答案:(3)當線圈平面與磁場垂直時,線圈中沒有電流。()解析:線圈與磁場垂直時,線圈中電流為零。答案:必備知識自我檢測(4)表達式為e=Emsin t的交變電流為正弦式交變電流,表達式為 解析:按正弦函數(shù)變化規(guī)律變化的交變電流都是正弦式交變電流。答案:必備知識自我檢測2.如圖所示,屬于交變電流的是() 解析:交變電流是指電流的大小和方向均隨時間做周期性變化

3、,由圖可知,符合條件的只有C。答案:C探究一探究二探究三隨堂檢測交變電流的產(chǎn)生情境探究假定線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲至丁所示。請分析判斷:(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?(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?(3)當線圈轉(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?(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)過負載流向F的電流記為正,反之為負。在橫坐標上標出線圈到達甲、乙、丙、丁幾個位置時對應的時刻。探究一探究二探究三隨堂檢測探究一探究二探究三隨堂檢測要點提示:(1)由B到A(2)由A到B(3)線圈轉(zhuǎn)到甲或

4、丙位置時線圈中沒有電流,該位置稱為中性面。線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時線圈中的電流最大。(4)探究一探究二探究三隨堂檢測知識歸納1.中性面(SB位置;如問題探究圖中的甲、丙)線圈平面與磁場垂直的位置,此時最大, 為0,e為0,i為0。線圈經(jīng)過中性面時,電流方向發(fā)生改變,線圈轉(zhuǎn)一圈,電流方向改變兩次。2.垂直于中性面位置(SB位置,如問題探究圖中的乙、丁),此時為0, 最大,e最大,i最大。 穿過線圈平面的磁通量最大,感應電動勢為零;穿過線圈平面的磁通量為零,感應電動勢最大。探究一探究二探究三隨堂檢測實例引導例1(多選)如圖所示,線圈在勻強磁場中繞垂直于勻強磁場且在線圈平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生交變電流,

5、則下列說法中正確的是()A.當線圈位于中性面時,線圈中感應電流最大B.當穿過線圈的磁通量為零時,線圈中感應電動勢最大C.線圈在磁場中每轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生的感應電流方向改變一次D.每當線圈經(jīng)過中性面時,感應電流的方向就改變一次探究一探究二探究三隨堂檢測解析:線圈位于中性面時,線圈平面與磁場垂直,此時磁通量最大,但是各邊都不切割磁感線,或者說磁通量的變化率為零,所以感應電動勢為零。而穿過線圈的磁通量為零時,切割磁感線的有效速度最大,磁通量的變化率最大,所以感應電動勢最大,故選項A錯誤,B正確;線圈在磁場中每轉(zhuǎn)一周,產(chǎn)生的感應電流方向改變兩次,選項C錯誤,選項D正確。答案:BD探究一探究二探究三隨堂檢測規(guī)

6、律方法 (1)對于交變電流產(chǎn)生過程中各物理量的變化情況分析,應抓住中性面這個關鍵位置,特別注意的是此時穿過線圈平面的磁通量雖最大,但磁通量的變化率卻最小,等于零,電動勢等于零,電流等于零。因此磁通量的變化規(guī)律與感應電動勢(感應電流)的變化規(guī)律恰好相反,一方增大時另一方恰好減小。(2)交變電流變化的周期等于線圈轉(zhuǎn)動的周期。線圈每經(jīng)過中性面一次,電流方向就改變一次,線圈每轉(zhuǎn)一周,經(jīng)過中性面兩次,因此線圈每轉(zhuǎn)一周,電流方向改變兩次。探究一探究二探究三隨堂檢測變式訓練1(多選)如圖所示,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()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

7、的感應電動勢最大D.線圈中感應電動勢的方向突變解析:根據(jù)中性面的定義,線圈平面經(jīng)過中性面瞬間,通過線圈的磁通量最大,線圈中的感應電動勢為零,此后,感應電動勢方向(即感應電流方向)將與原方向相反。答案:BD探究一探究二探究三隨堂檢測正弦式交變電流的變化規(guī)律情境探究圖b是圖a中線圈ABCD在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時三個不同時刻的截面圖。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,設AB邊長為L1,BC邊長為L2,線圈面積S=L1L2,磁感應強度為B,則:探究一探究二探究三隨堂檢測(1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應電動勢各為多大?(2)甲、乙、丙中整個線圈中的感應電動勢各為多大?

8、(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?探究一探究二探究三隨堂檢測(2)整個線圈中的感應電動勢由AB和CD兩部分組成,且eAB=eCD,所以甲:e=0乙:e=eAB+eCD=BSsin t丙:e=BS。(3)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:e=0乙:e=NBSsin t丙:e=NBS。探究一探究二探究三隨堂檢測知識歸納1.正弦式交變電流的表達式e=Emsin t,u=Umsin t,i=Imsin t,其中Em為最大值,也叫峰值。2.正弦式交變電流的峰值(1)轉(zhuǎn)軸在線圈所在平面內(nèi)且與磁場垂直。當線圈平面與磁場平行時,線圈中的感應電動勢達到峰值,且滿

9、足Em=nBS。(2)決定因素:由線圈匝數(shù)n、磁感應強度B、轉(zhuǎn)動角速度和線圈面積S決定,與線圈的形狀無關,與轉(zhuǎn)軸的位置無關。探究一探究二探究三隨堂檢測(3)如圖所示的幾種情況中,如果n、B、S均相同,則感應電動勢的峰值均為Em=nBS。探究一探究二探究三隨堂檢測實例引導例2如圖所示,勻強磁場磁感應強度B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數(shù)n=100,邊長lab=0.2 m,lbc=0.5 m,以角速度=100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動。(1)求感應電動勢的峰值。(2)若從線圈平面垂直磁感線時開始計時,寫出線圈中瞬時感應電動勢的表達式。探究一探究二探究三隨堂檢測解析:(1)由題可知,S=lablb

10、c=0.20.5 m2=0.1 m2,感應電動勢的峰值Em=nBS=1000.10.1100 V=100 V=314 V。(2)若從線圈平面垂直磁感線時開始計時,感應電動勢的瞬時值e=Emsin t,所以e=314sin(100t) V。(3)若從線圈平面平行磁感線時開始計時,感應電動勢的瞬時值表達式為e=Emcos t,代入數(shù)據(jù)得e=314cos(100t) V答案:(1)314 V(2)e=314sin(100t) V(3)157 V 探究一探究二探究三隨堂檢測規(guī)律方法求解交變電流的瞬時值問題的答題步驟 探究一探究二探究三隨堂檢測變式訓練2如圖所示,匝數(shù)為100的圓形線圈繞與勻強磁場垂直的

11、軸OO以50 r/s的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的最大磁通量為0.01 Wb。從圖示的位置開始計時,則線圈中感應電動勢瞬時值的表達式為()A.e=50sin(t)VB.e=314cos(314t)VC.e=50cos(t)VD.e=314sin(314t)V解析:線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流,Em與線圈形狀無關,由Em=nBS可知,Em與線圈面積S、角速度有關,角速度=23.1450 rad/s=314 rad/s。最大值Em=nBS=nn=314 V。線圈從圖示位置即與中性面垂直的位置開始計時,此時感應電動勢達到最大值,根據(jù)三角函數(shù)關系可得出e=314cos(314t)V。B對。答案:

12、B探究一探究二探究三隨堂檢測正弦式交變電流的圖像情境探究如圖所示,線圈ABCD在勻強磁場中繞OO勻速轉(zhuǎn)動。若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動為計時起點,角速度為。設線圈面積為S,磁感應強度為B,圖(a)中各圖與圖(b)時間軸上各時刻對應,在圖(b)中作出線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一周的過程中,感應電動勢隨時間變化的關系圖像。探究一探究二探究三隨堂檢測探究一探究二探究三隨堂檢測要點提示:如圖所示。 探究一探究二探究三隨堂檢測知識歸納1.用圖像描述交變電流的變化規(guī)律(在中性面時t=0)如下:探究一探究二探究三隨堂檢測探究一探究二探究三隨堂檢測2.從圖像中可以解讀到以下信息(1)交變電流的最大值Im、Em。(2)因線

13、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。(3)可找出線圈平行于磁感線的時刻。(4)可判斷線圈中磁通量的變化情況。(5)可分析判斷i、e隨時間的變化規(guī)律。探究一探究二探究三隨堂檢測實例引導例3一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖所示,則()A.當t=0時,穿過線圈的磁通量為0B.當t=0時,線圈平面與磁感線垂直,磁通量最大C.當t= s時,e有最大值答案:B 探究一探究二探究三隨堂檢測規(guī)律方法正弦式交變電流圖像的分析方法一看:看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點”,并理解其物理意義。二變:掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之

14、間的變通關系。三判:在此基礎上進行正確地分析和判斷。探究一探究二探究三隨堂檢測變式訓練3一個矩形線圈在勻強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所示,則下列說法正確的是()A.t=0時,線圈平面與中性面垂直B.t=0.01 s時,的變化率為0C.t=0.02 s時,感應電動勢達到最大解析:t=0時,最大,故線圈平面位于中性面,選項A錯誤;t=0.01 s時,圖線斜率的絕對值最大,故的變化率最大,選項B錯誤;t=0.02 s時,圖線的斜率為0,故感應電動勢達到最小,為0,選項C錯誤;從t=0.01 s至t=0.04 s線圈轉(zhuǎn)了四分之三圈,故轉(zhuǎn)過的角度是 ,選項D正

15、確。答案:D 探究一探究二探究三隨堂檢測1.如圖所示,一矩形線圈繞與勻強磁場垂直的中心軸OO沿順時針方向轉(zhuǎn)動,引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個半圓形銅環(huán)M和N相連。M和N又通過固定的電刷P和Q與電阻R相連。在線圈轉(zhuǎn)動過程中,通過電阻R的電流()A.大小和方向都隨時間做周期性變化B.大小和方向都不隨時間做周期性變化C.大小不斷變化,方向總是PRQD.大小不斷變化,方向總是QRP解析:半圓環(huán)交替接觸電刷,從而使輸出電流方向不變,這是一個直流發(fā)電機模型,由右手定則知,外電路中電流方向是PRQ。答案:C探究一探究二探究三隨堂檢測2.如圖甲所示,一單匝矩形線圈abcd放置在勻強磁場中,并繞過ab、cd中

16、點的軸OO以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角=45時(如圖乙所示)為計時起點,并規(guī)定當電流自a流向b時,方向為正。則下列四幅圖中正確的是()探究一探究二探究三隨堂檢測探究一探究二探究三隨堂檢測解析:由題圖乙看出,此時感應電動勢不是最大值,也不是0,所以A、B項錯;從圖示位置轉(zhuǎn)至中性面的過程中,e減小,即i減小,故C錯,D對。答案:D探究一探究二探究三隨堂檢測3.(多選)關于中性面,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,磁通量的變化率為零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,磁通量的變化率最大C.線圈每經(jīng)過一次中性面,感應電流的方向

17、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,感應電流的方向就改變一次探究一探究二探究三隨堂檢測解析: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)生感應電動勢,所以磁通量的變化率為零,A項正確,B項錯誤;線圈每經(jīng)過一次中性面,感應電流的方向改變一次,但線圈每轉(zhuǎn)動一周要經(jīng)過中性面兩次,所以每轉(zhuǎn)一周,感應電流方向就改變兩次,C項正確,D項錯誤。故正確答案為A、C。答案:AC探究一探究二探究三隨堂檢測4.(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,最大感應電動勢為Em

18、,下列說法中正確的是()A.當線框磁通量為零時,感應電動勢也為零B.線框轉(zhuǎn)動的角速度等于C.當線框內(nèi)磁通量增大時,感應電動勢在減小D.當線框內(nèi)磁通量等于0.5m時,感應電動勢等于0.5Em探究一探究二探究三隨堂檢測解析:單匝閉合線框感應電動勢是磁通量的變化率,線框磁通量為零時,感應電動勢最大,A錯誤;由正弦式交變電流電動勢e的瞬時值表達式e=Emsin t=BSsin t=msin t,B正確,D錯誤;線圈從與磁場平行的位置轉(zhuǎn)到中性面的過程中,磁通量越來越大,磁通量的變化率越來越小,產(chǎn)生的感應電動勢越來越小,所以C正確。答案:BC探究一探究二探究三隨堂檢測5.如圖甲所示,矩形線圈匝數(shù)N=100,ab=30 cm,ad=20 cm,勻強磁場的磁感應強度B=0.