第1節(jié)　交變電流 教學課件

物理第三章交變電流第1節(jié)交變電流[學習目標]1．知道交變電流、直流的概念。2.掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律。3．知道交變電流的峰值、瞬時值的含義。01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標知識點1交變電流1．交變電流：方向隨時間做周期性變化的電流叫作____________，簡稱______。2．直流：______不隨時間變化的電流稱為直流。交變電流交流方向知識點2交變電流的產(chǎn)生1．產(chǎn)生方法閉合線圈在______磁場中繞____________的軸勻速轉(zhuǎn)動。勻強垂直于磁場2．過程分析，如圖所示。

3．中性面：線圈平面與磁場______的位置。垂直[判一判]1．(1)交流電是指按正弦規(guī)律變化的電流。(

)(2)線圈轉(zhuǎn)一周有兩次經(jīng)過中性面，每轉(zhuǎn)一周電流方向改變一次。(

)(3)交流電源沒有正負極之分。(

)××√知識點3交變電流的變化規(guī)律1．瞬時值表達式：電動勢：e＝____________，電壓：u＝____________，電流i＝____________。2．峰值：表達式中的Em、Um、Im分別為電動勢、電壓和電流可能達到的______值，也叫峰值。3．正弦式電流：按______規(guī)律變化的交變電流。Emsin

ωtUmsin

ωtImsin

ωt最大正弦[判一判]2．(1)線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的交流電是正弦式交變電流。(

)(2)當線圈中的磁通量最大時，產(chǎn)生的電流也最大。(

)(3)交變電流的瞬時值表達式與開始計時的位置無關(guān)。(

)√××知識點4交流發(fā)電機1．分類：電樞轉(zhuǎn)動，磁極不動的發(fā)電機，叫作__________________發(fā)電機。如果磁極轉(zhuǎn)動，電樞不動，線圈中同樣會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種發(fā)電機叫作__________________發(fā)電機。2．轉(zhuǎn)子和定子：不論哪種發(fā)電機，______的部分都叫轉(zhuǎn)子，____________部分都叫定子。旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式轉(zhuǎn)動不動的1．(交變電流的產(chǎn)生)(多選)下列圖中線圈能產(chǎn)生交變電流的是(

)√√√解析：由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸不能平行于磁感線，但對線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒有特殊要求，故B、C、D正確?！探馕觯焊袘?yīng)電動勢的瞬時值表達式e＝Emsinωt，而Em＝nBωS，轉(zhuǎn)速加倍則ω加倍，同時將S減半，則Em不變，故C正確。3．(交變電流的圖像)(2022·四川雅安中學高二期中)一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的Φ－t圖像如圖2所示。下列說法正確的是(

)

A．t＝0時刻線圈在中性面位置，磁通量為零，磁通量的變化率為零B．t＝0.01s時線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大C．t＝0.02s時線圈磁通量的變化率為零D．t＝0.03s時線圈中的電流方向發(fā)生改變√解析：t＝0時刻，磁通量等于零，但Φ的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大，線圈垂直于中性面，故A錯誤；t＝0.01s時刻，磁通量最大，Φ的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零，故B錯誤；t＝0.02s時磁通量等于零，但Φ的變化率達到最大，感應(yīng)電動勢最大，故C錯誤；由題中圖像可知，t＝0.03s時刻穿過線圈的磁通量最大，此時線圈經(jīng)過中性面，線圈中電流方向發(fā)生變化，故D正確。探究一交變電流的產(chǎn)生【問題導(dǎo)引】假定線圈繞OO′軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲至丁所示，在四個過程中線圈中的電流方向是怎樣的？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電流最大？提示：在四個過程中線圈中的電流方向如下表所示。轉(zhuǎn)動過程電流方向甲→乙D→C→B→A乙→丙D→C→B→A丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D中性面位置(S⊥B位置，如圖中的甲、丙)電流i為0。垂直于中性面位置(S∥B位置，如圖中的乙、丁)電流i最大。中性面、垂直于中性面的位置的特性比較

中性面垂直于中性面的位置圖示

中性面垂直于中性面的位置感應(yīng)電動勢0最大位置線圈平面與磁場垂直線圈平面與磁場平行磁通量最大0磁通量變化率0最大感應(yīng)電流0最大電流方向改變不變【例1】(多選)矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面內(nèi)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．當線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大B．當穿過線框的磁通量為0時，線框中的感應(yīng)電動勢也為0C．每當線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向就改變一次D．線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為0√√[解析]

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方向與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動勢等于0，此時穿過線框的磁通量的變化率也等于0，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向也就在此時發(fā)生變化。線框垂直于中性面時，穿過線框的磁通量為0，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，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正確。[針對訓(xùn)練1]

(多選)如圖所示，一面積為S的單匝矩形線圈處于有界磁場中，能在線圈中產(chǎn)生交變電流的是(

)A．將線圈水平向右勻速拉出磁場B．使線圈以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動C．使線圈以ab為軸勻速轉(zhuǎn)動D．磁場以B＝B0sinωt規(guī)律變化√√√解析：將線圈向右勻速拉出磁場的過程中磁通量勻速減小，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小不變，A錯誤；線圈繞垂直于磁感線方向的軸轉(zhuǎn)動時磁通量發(fā)生周期性變化，因此產(chǎn)生交變電流，B、C正確；如果磁感應(yīng)強度發(fā)生周期性變化，而線圈面積不變，則磁通量也發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生交變電流，D正確。探究二交變電流的變化規(guī)律【問題導(dǎo)引】1．從不同位置開始計時，交變電流的最大值和瞬時值是否相同？2．線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)至如圖所示的位置時，哪些邊上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢？提示：1.從不同位置開始計時，交變電流的最大值是相同的，瞬時值不同。2．AD、BC邊產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。1．感應(yīng)電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，線圈平面繞OO′(O為bc邊的中點，O′為ad邊的中點)所在直線從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為ω。ab邊長為L1，bc邊長為L2，磁感應(yīng)強度為B。說明最大值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)。如圖所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，則感應(yīng)電動勢的最大值均為Em＝NBSω。3．正弦式交變電流的瞬時值表達式(1)從中性面位置開始計時e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt。(2)從與中性面垂直的位置開始計時e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt。【例2】如圖所示的矩形線圈，ab＝40cm，ad＝20cm，共50匝，在B＝0.6T的勻強磁場中以300轉(zhuǎn)每分的速度繞中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，當t＝0時線圈平面與磁場垂直。(1)寫出感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式。(2)求出當t＝0.025s時感應(yīng)電動勢的瞬時值。(1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值。(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開始感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式。(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時電路中電流的瞬時值。探究三交變電流的圖像

1．交變電流的圖像正弦交變電流隨時間的變化情況可以從圖像上表示出來，圖像描述的是交變電流的電動勢、電流、電壓隨時間變化的規(guī)律，它們是正弦曲線。2．圖像信息(1)交變電流的最大值Im、Em、Um，周期T。(2)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。(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。【例3】一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化規(guī)律如圖所示。下列說法中正確的是(

)A．t1時刻穿過線圈的磁通量最大B．t2時刻穿過線圈的磁通量為0C．t3時刻穿過線圈的磁通量的變化率最大D．每當電流方向變化時，線圈平面就會與中性面垂直√[解析]

t1時刻感應(yīng)電動勢最大，線圈通過與中性面垂直的位置，穿過線圈的磁通量最小，A錯誤；t2時刻感應(yīng)電動勢為零，線圈位于中性面位置，穿過線圈的磁通量最大，B錯誤；t3時刻感應(yīng)電動勢最大，穿過線圈的磁通量的變化率最大，C正確；每當電流方向變化時，線圈平面與磁場垂直，即線圈轉(zhuǎn)到中性面位置，D錯誤。[針對訓(xùn)練3]一只閉合的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的變化圖像如圖所示，則下列說法正確的是(

)A．t＝0時刻，穿過線圈平面的磁通量的變化率最大B．t＝0時刻，線圈平面與中性面重合C．t＝0.1s時刻，線圈中電流方向改變D．t＝0.2s時刻，線圈