2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理選擇性必修2 第3章交變電流第2節(jié)交變電流的描述(3)課件

1、第二節(jié)交變電流的描述知識梳理一、正弦式交變電流1.概念:按 變化的交變電流叫正弦式交變電流,簡稱正弦式電流.2.瞬時值:電動勢e、感應(yīng)電流i、電壓u隨 而變化,不同時刻有不同的數(shù)值,叫做電動勢、感應(yīng)電流、電壓的瞬時值.3.峰值:電動勢、感應(yīng)電流、電壓的最大值Em、Im、Um叫電動勢、感應(yīng)電流、電壓的峰值.正弦規(guī)律時間二、用函數(shù)表達式描述交變電流1.條件:如圖所示,邊長ab=l,bc=l的線圈以角速度繞垂直于磁場方向的軸轉(zhuǎn)動,回路總電阻為R、外電阻為R.2.瞬時值表達式(從中性面開始計時)(1)電動勢:e=Em ,其中Em= v=Bll=BS.sin t2Bl(2)電流:i=Im ,其中Im=

2、.(3)電壓:u=Um ,其中Um= .三、用圖象描述交變電流1.物理意義:描述交變電流(電動勢e、電流i、電壓u)隨時間變化的規(guī)律.2.正弦交變電流的圖象sin tsin tImR 3.幾種交變電流的波形(甲):正弦交變電流(乙): 電流(丙): 電流(丁):尖脈沖電流鋸齒波掃描矩形脈沖要點一正弦式交變電流瞬時值、峰值表達式答案:t【問題導(dǎo)引】若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度為,經(jīng)時間t轉(zhuǎn)到如圖所示位置時,則1.線圈轉(zhuǎn)過的角度為多少?答案:=t2.ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角為多少?3.ab邊轉(zhuǎn)動的線速度大小為多少?4.ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多少?答案:e=2eab=BSsin t5

3、.一匝線圈產(chǎn)生的電動勢為多少?答案:e=NBSsin t6.N匝線圈產(chǎn)生的總電動勢為多少?【要點透析】1.感應(yīng)電動勢的峰值(1)大小:若面積為S的N匝線圈以角速度繞垂直于磁場方向的軸轉(zhuǎn)動.電動勢峰值Em=NBS.(2)對Em=NBS的理解:Em的大小由N、B、S、決定,與線圈的形狀、轉(zhuǎn)軸的位置、開始計時的位置均無關(guān),如圖所示的幾種情況中,如果N、B、S、均相同,則感應(yīng)電動勢的峰值均為Em=NBS.2.瞬時值表達式(1)若線圈從中性面位置開始計時,則e=Emsin t、i=Imsin t、u= Umsin t.【典例1】 如圖所示,有一10匝正方形線框,邊長為20 cm,線框總電阻為1 ,線框繞

4、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0.5 T.問:(1)該線框產(chǎn)生的交變電流的電動勢最大值、電流最大值分別是多少?(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)若線框從圖示位置轉(zhuǎn)動時開始計時,寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式.思路探究 (1)線框轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢的峰值表達式是什么?答案:Em=NBS.(2)線框從圖示位置開始轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達式是什么?答案:e=Emsin t=NBSsin t.答案:(1)6.28 V6.28 A(2)5.44 V (3)e=6.28sin 10t(V) (2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60

5、時,感應(yīng)電動勢e=Emsin 605.44 V.(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=6.28sin 10t(V).題后反思電動勢瞬時值表達式的確定方法(1)由磁感應(yīng)強度B、線圈匝數(shù)N、面積S、轉(zhuǎn)動角速度確定其大小Em=NBS.(2)根據(jù)開始計時的起點位置確定函數(shù)表達式為正弦函數(shù)還是余弦函數(shù).針對訓(xùn)練1-1 如圖所示,一矩形線圈abcd,已知ab邊長為l1,bc邊長為l2,在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞OO軸以角速度從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動,則t時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為()A.0.5Bl1l2sin t B.0.5Bl1l2cos tC.Bl1l2sin

6、t D.Bl1l2cos t答案:D 要點二正弦式交變電流的圖象答案:線圈每經(jīng)過中性面一次電流方向改變一次,所以線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中,電流方向改變兩次.2.只有矩形線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的軸轉(zhuǎn)動且從中性面開始計時才產(chǎn)生正弦式交變電流嗎?答案:不是.(1)無論什么形狀的線圈只要在勻強磁場中繞垂直磁場的軸做勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電流均是正弦式交變電流.(2)線圈開始的位置不同時,只是正弦式交變電流表達式中正弦函數(shù)的角度不同,峰值和函數(shù)形式不變.【問題導(dǎo)引】1.線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中,電流方向改變幾次?【要點透析】1.用圖象描述交變電流的變化規(guī)律(從中性面開始計時)如

7、下:2.從圖象中可以解讀到以下信息:(1)交變電流的峰值Em、Im、Um和周期T.(2)由電動勢的函數(shù)表達式可確定線圈開始計時的位置.(3)找出線圈平行于磁感線的時刻.(4)判斷線圈中磁通量的變化情況.(5)分析判斷e、i、u隨時間的變化規(guī)律.(2)t=0時,線圈處于什么位置?答案:t=0時,感應(yīng)電動勢最大,線圈平面與磁感線平行.思路探究 (1)感應(yīng)電動勢峰值的表達式是什么?答案:ABD 方法技巧交變電流圖象的應(yīng)用(1)通過圖象直接獲得的信息:峰值和周期,及任意時刻的電動勢瞬時值;(2)明確圖象與線圈轉(zhuǎn)動的對應(yīng)關(guān)系.針對訓(xùn)練2-1 (多選)矩形線圈的匝數(shù)為50,在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速

8、轉(zhuǎn)動時,穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖所示,下列說法中正確的是()A.在t=0.1 s和t=0.3 s時,電動勢最大B.在t=0.2 s和t=0.4 s時,電動勢最小C.電動勢的峰值是157 VD.在t=0.4 s時,磁通量變化率最大,其值為3.14 Wb/s答案:CD C2.(多選)矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢e-t圖象如圖所示,則( )A.t1、t3時刻線圈通過中性面B.t2、t4時刻線圈中磁通量最大C.t1、t3時刻線圈中磁通量變化率最大D.t2、t4時刻線圈平面與中性面垂直AD解析:t1、t3時刻,電動勢為零,線圈處在中性面位置,此時磁通量最大,磁通量變化率最小,A正確,C錯誤,t2、t4時刻,電動勢最大,線圈平面與中性面垂直,磁通量為零,選項B錯誤,D正確. 3.如圖