2018版高中物理第3章交變電流32交變電流是怎樣產(chǎn)生的學(xué)案魯科版

1、2018版高中物理第3章交變電流3.2交變電流是如何產(chǎn)生的教案魯科版2018版高中物理第3章交變電流3.2交變電流是如何產(chǎn)生的教案魯科版8/82018版高中物理第3章交變電流3.2交變電流是如何產(chǎn)生的教案魯科版第2講交變電流是如何產(chǎn)生的目標(biāo)定位1.認(rèn)識溝通發(fā)電機(jī)，認(rèn)識溝通發(fā)電機(jī)的構(gòu)造.2.理解交變電流產(chǎn)生的原理，知道中性面的觀點(diǎn).3.能用數(shù)學(xué)表達(dá)式和圖象描繪正弦交變電流的變化規(guī)律，知道最大值、有效值和剎時(shí)價(jià)之間的關(guān)系.4.能用交變電流的變化規(guī)律解決實(shí)質(zhì)問題一、溝通發(fā)電機(jī)1發(fā)電機(jī)主要由線圈(電樞)和磁極兩部分構(gòu)成2磁極固定不動(dòng)，讓電樞在磁極中旋轉(zhuǎn)，使穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感覺電動(dòng)勢，這類

2、發(fā)電機(jī)稱為旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)反之，稱為旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)二、交變電流的產(chǎn)生原理1典型模型圖1想想如圖1所示，當(dāng)線圈在磁場中繞OO軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，哪些邊切割磁感線？線圈轉(zhuǎn)到哪些地點(diǎn)時(shí)沒有感覺電流？答案當(dāng)線圈在磁場中繞OO軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，AB、CD邊切割磁感線產(chǎn)生感覺電流線圈轉(zhuǎn)到甲和丙地點(diǎn)時(shí)沒有感覺電流，我們稱之為中性面2在線圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，感覺電流的大小和方向都將隨時(shí)間做周期性變化線圈每經(jīng)過中性面1次，感覺電流的方向就改變1次；線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)1周，感覺電流的方向就改變2次三、交變電流的變化規(guī)律1正弦式交變電流剎時(shí)價(jià)表達(dá)式當(dāng)從中性面開始計(jì)時(shí)：剎時(shí)電動(dòng)勢：eEmsin_t，剎時(shí)電壓：uUmsin_t，剎時(shí)電流：iIm

3、sin_t.式中Em、Um、Im分別表示電動(dòng)勢、電壓、電流的最大值2溝通電的圖象(如圖2所示)圖2想想正弦式交變電流的圖象必定是正弦函數(shù)曲線嗎？答案不必定，依據(jù)計(jì)時(shí)起點(diǎn)不一樣，也可能是余弦函數(shù)曲線.一、交變電流的產(chǎn)生過程1正弦式溝通電的產(chǎn)生如圖3所示，是線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截面圖線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為，經(jīng)過時(shí)間t轉(zhuǎn)過的角度是t.設(shè)AB邊長為L1，BC邊長為L2，磁感覺強(qiáng)度為B，AB邊和CD邊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割磁感線產(chǎn)生感覺電動(dòng)勢圖3在圖甲中，vB，eABeCD0，e0L21在圖丙中，eABBL1vBL122BS1同理eCD2BS因此eeABeCDBS1(3)在圖乙中，eAB

4、BL1vsint2BL1L2sint12BSsint1同理eCD2BSsint因此eeABeCDBSsint若線圈有n匝，則enBSsint2兩個(gè)特別地點(diǎn)(1)中性面(B地點(diǎn))S線圈平面與磁場垂直的地點(diǎn)，此時(shí)最大，為0，e為0，i為0.t線圈經(jīng)過中性面時(shí)，電流方向就發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次垂直中性面地點(diǎn)(SB地點(diǎn))為0，t為最大，e最大，i最大3正弦式溝通電的峰值EmnBS4正弦式溝通電的剎時(shí)價(jià)表達(dá)式eEmsint，uUmsint，iImsint例1矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，以下說法正確的選項(xiàng)是()A當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感覺電動(dòng)勢最大

5、B當(dāng)穿過線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感覺電動(dòng)勢也為零C當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí)，感覺電動(dòng)勢或感覺電流的方向就改變一次D線框經(jīng)過中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零答案CD分析線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，因此電動(dòng)勢等于零，即此時(shí)穿過線框的磁通量的變化率等于零，感覺電動(dòng)勢或感覺電流的方向在此時(shí)刻改變；線框垂直于中性面時(shí)，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都是垂直切割，有效切割速度最大，因此感覺電動(dòng)勢最大，即此時(shí)穿過線框的磁通量的變化率最大故C、D選項(xiàng)正確針對訓(xùn)練如圖4所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，對于這個(gè)實(shí)

6、驗(yàn)，正確的說法是()圖4A線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右搖動(dòng)兩次B圖示地點(diǎn)為中性面，線圈中無感覺電流C圖示地點(diǎn)ab邊的感覺電流方向?yàn)閍bD線圈平面與磁場方向平行時(shí)，磁通量變化率為零答案C分析線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流改變方向，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次，指針左右搖動(dòng)一次線圈處于圖示地點(diǎn)時(shí)，ab邊向右運(yùn)動(dòng)，由右手定章，ab邊的感覺電流方向?yàn)閍b；線圈平面與磁場方向平行時(shí)，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢最大，也能夠這樣以為，線圈處于豎直地點(diǎn)時(shí)，磁通量為零，但磁通量的變化率最大。二、對峰值EmnBS和剎時(shí)價(jià)eEms

7、int的理解1對峰值的理解對轉(zhuǎn)軸的要求：在線圈所在平面內(nèi)且與磁場垂直當(dāng)線圈平面與磁場平行時(shí)，線圈中的感覺電動(dòng)勢達(dá)到峰值，且知足EmnBS.(2)決定要素：由線圈匝數(shù)n、磁感覺強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和線圈面積S決定，與線圈的形狀沒關(guān)，與軸的地點(diǎn)沒關(guān)如圖5所示的幾種狀況中，假如n、B、S均同樣，則感覺電動(dòng)勢的峰值均為EmnBS.圖52對剎時(shí)價(jià)的理解一定明確是從中性面計(jì)時(shí)，仍是從與中性面垂直的地點(diǎn)計(jì)時(shí)從中性面計(jì)時(shí)，eEmsint.從與中性面的垂直地點(diǎn)計(jì)時(shí)，eEmcost.例2如圖6所示，勻強(qiáng)磁場磁感覺強(qiáng)度0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)100，邊長lBNab0.2m，lbc0.5m，以角速度100rad/s

8、繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)試求：圖6交變電動(dòng)勢的峰值；若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈中剎時(shí)感覺電動(dòng)勢表達(dá)式；T若從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，求線圈在t6時(shí)刻的感覺電動(dòng)勢大小答案(1)314V(2)e314sin(100t)V(3)157V分析(1)由題可知：Slablbc0.20.5m20.1m2，感覺電動(dòng)勢的峰值EmNBS1000.10.1100100V314V.(2)感覺電動(dòng)勢的剎時(shí)價(jià)eEmsint因此e314sin(100t)V從線圈平面平行磁感線時(shí)開始計(jì)時(shí)，感覺電動(dòng)勢的剎時(shí)價(jià)表達(dá)式為eEmcost，代入數(shù)值得e314cos(100t)VT當(dāng)t6時(shí)，e314cos3V157V.三、正弦

9、式交變電流的圖象1注意：開始計(jì)不時(shí)線圈所處的地點(diǎn)不一樣，獲得的圖象也不一樣如圖7所示圖72從圖象中能夠解讀到以下信息：交變電流的峰值Em、Im和周期T.可確立線圈位于中性面的時(shí)刻以及依據(jù)電流最大找出線圈平行磁感線的時(shí)刻(3)判斷線圈中磁通量最小、最大的時(shí)刻及磁通量變化率最大、最小時(shí)刻t(4)剖析判斷i、e大小和方向隨時(shí)間的變化規(guī)律例3線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生溝通電的圖象如圖8所示，由圖可知()圖8A在A和C時(shí)刻線圈處于中性面地點(diǎn)B在B和D時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零C在A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度D在A和C時(shí)刻磁通量變化率絕對值最大答案D分析當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)到位于中性面時(shí)，磁通量最

10、大，感覺電動(dòng)勢為零，感覺電流為零，B、D兩時(shí)刻線圈位于中性面；當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，磁通量為零、磁通量的變化率最大，感覺電動(dòng)勢最大，感覺電流最大，A、C時(shí)刻線圈平面與磁感線平行，D正確；在A時(shí)刻到D時(shí)刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為32弧度應(yīng)選D.交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律1當(dāng)溝通發(fā)電機(jī)的線圈轉(zhuǎn)到線圈平面與中性面重合時(shí)，以下說法中正確的選項(xiàng)是()A電流將改變方向B磁場方向和線圈平面平行C線圈的磁通量最大D線圈產(chǎn)生的感覺電動(dòng)勢最大答案AC分析當(dāng)線圈平面與中性面重合時(shí)，磁通量最大，磁通量的變化率為零，感覺電動(dòng)勢為零，電流將改變方向應(yīng)選A、C.正弦式交變電流的圖象2一個(gè)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(dòng)

11、，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖9甲所示，則以下說法中正確的選項(xiàng)是()圖9At0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直Bt0.01s時(shí)刻，的變化率最大Ct0.02s時(shí)刻，交變電動(dòng)勢達(dá)到最大D該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)交變電動(dòng)勢的圖象如圖乙所示答案B分析由題圖甲可知t0時(shí)刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面，t0.01s時(shí)刻，磁通量為零，但變化率最大，因此A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；t0.02s時(shí)，交變電動(dòng)勢應(yīng)為零，C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤峰值和剎時(shí)價(jià)問題3溝通發(fā)電機(jī)工作時(shí)電動(dòng)勢為eEmsint，若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提升一倍，同時(shí)將電樞所圍面積減小一半，其余條件不變，則其電動(dòng)勢變成()ttAeEmsin2Be2Emsin2EmCeEmsin2tDe2sin2t答案C分析此題考察交變電壓的剎時(shí)價(jià)表達(dá)式msin，而m，當(dāng)加倍而S減半時(shí)，eEtEnBSEm不變，故正確答案為C.4有一10匝正方形線框，邊長為20cm，線框總電阻為1，線框繞軸以10rad/s的OO角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖10所示，垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感覺強(qiáng)度為