物理交变电流

1、第5章 第一节交变电流课标定位课标定位学习学习目标：目标：1.知道什么是交变电流知道什么是交变电流2理解交变电流的产生及变化规律理解交变电流的产生及变化规律3了解正弦式交变电流的图象和三角函数表达了解正弦式交变电流的图象和三角函数表达式式重点难点：重点难点：1.交变电流产生的物理过程的分析及中交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点性面的特点2交变电流产生的物理过程的分析及图象的表交变电流产生的物理过程的分析及图象的表达达核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第一一节节交交变变电电流流课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、交变电流一、交变电流

2、1交变电流：大小和方向都随时间做交变电流：大小和方向都随时间做_变变化的电流，称为交变电流，简称交流化的电流，称为交变电流，简称交流2直流：方向不随时间变化的电流称为直流直流：方向不随时间变化的电流称为直流二、交变电流的产生二、交变电流的产生1在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是动的线圈里产生的是_2线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流_，这一位置叫，这一位置叫_线圈平面经过中性线圈平面经过中性面时，面时，_就发生改变线圈绕轴转就发生改变线圈绕轴转一周经过中性面一周经过中性面_，因此感应电

3、流方向改变，因此感应电流方向改变_周期性周期性交变电流交变电流为零为零中性面中性面感应电流方向感应电流方向两次两次两次两次三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律1正弦式交变电流的瞬时值表达式正弦式交变电流的瞬时值表达式i_u_e_其中其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的分别表示电流、电压、电动势的_，im、um、em分别表示电流、电压、分别表示电流、电压、电动势的电动势的_imsintumsintemsint瞬时值瞬时值最大值最大值2正弦式交变电流的图象：如图正弦式交变电流的图象：如图511所示所示图图511科目三考试 http:/ 科目3实际道路考试技巧、视频教程科目四考试 ht

4、tp:/ 科目四模拟考试题 c1科目四仿真考试3几种不同类型的交变电流几种不同类型的交变电流实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图的有以下几种，如图512所示所示图图512核心要点突破核心要点突破一、两个特定位置的特点一、两个特定位置的特点图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特别提醒：特别提醒：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式例是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式例如线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正如线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正弦式电流弦式

5、电流即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是是()a当线框位于中性面时，线框中感应电动势最当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大大b当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零电动势也为零c每当线框经过中性面时，感应电动势或感应每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次电流方向就改变一次d线框经过中性面时，各边不切割磁感线线框经过中性面时，各边不切割磁感线

6、解析：解析：选选cd.线框位于中性面时，线框平面与磁感线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻变化垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为时刻变化垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直，零，切割磁感线的两边的速度方向与磁

7、感线垂直，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大故过线框的磁通量的变化率最大故c、d正确正确二、正弦交变电流瞬时值、峰值表二、正弦交变电流瞬时值、峰值表达式的推导达式的推导1瞬时值表达式的推导设线圈从瞬时值表达式的推导设线圈从中性面起经时间中性面起经时间t转过角度转过角度，则，则t，此时两边，此时两边ab、cd速度方向与磁速度方向与磁感线方向的夹角分别为感线方向的夹角分别为t和和(180t)，如图，如图513所示，它们产所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：圈中的感

8、应电动势为：图图5132峰值表达式峰值表达式由由enbssint可知，电动势的峰值可知，电动势的峰值emnbsnm，与线圈的形状及转轴位置无关，与线圈的形状及转轴位置无关特别提醒：特别提醒：(1)瞬时值与开始计时的位置及线圈转动瞬时值与开始计时的位置及线圈转动的时间有关的时间有关若线圈从中性面开始计时，若线圈从中性面开始计时，eemsint.若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eemcost.(2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关与线圈形状无关，与转轴的位置无关即时应

9、用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2交流发电机在工作时电动势为交流发电机在工作时电动势为eemsint，若将，若将发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为小一半，其他条件不变，则其电动势变为()解析：解析：选选c.交变电流的瞬时值表达式交变电流的瞬时值表达式eemsint，其中其中emnbs，当，当加倍而加倍而s减半时，减半时，em不变，不变，故故c正确正确三、对正弦式交变电流的图象的理解三、对正弦式交变电流的图象的理解正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表正弦式交变电流随时间变化情况可以

10、从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图律，它是一条正弦曲线，如图514所示所示图图514从图象中可以解读到以下信息：从图象中可以解读到以下信息：1交变电流的最大值交变电流的最大值im、em、周期、周期t.2因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻刻3找出线圈平行磁感线的时刻找出线圈平行磁感线的时刻4判断线圈中磁通量的变化情况判断线圈中磁通量的变化情况5分析判断分析判断i、e随时间的变化

11、规律随时间的变化规律特别提醒：特别提醒：用物理图象反映某些物理量的变化过用物理图象反映某些物理量的变化过程程,既可使该变化的整体特征一目了然，还可将变既可使该变化的整体特征一目了然，还可将变化过程中的暂态化过程中的暂态“定格定格”，从而对变化过程中的，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究某一瞬态进行深入研究即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势et图象如图图象如图515所示，则所示，则()at1、t3时刻线圈通过中性面时刻线圈通过中性面bt2、t4时刻线圈中磁通量最大时刻线圈中磁通量最大ct

12、1、t3时刻线圈中磁通量变化率最大时刻线圈中磁通量变化率最大dt2、t4时刻线圈平面与中性面垂直时刻线圈平面与中性面垂直图图515解析：解析：选选ad.t1、t3时刻电动势为零，线圈处在时刻电动势为零，线圈处在中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，磁中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，通量变化率最小，a对，对，c错错t2、t4时刻电动势时刻电动势最大，线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁最大，线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，通量为零，b错，错，d对对 有一个正方形线圈的匝有一个正方形线圈的匝数为数为10匝，边长为匝，边长为20 cm，线圈，线圈总电阻为总电阻为1

13、，线圈绕，线圈绕oo轴以轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如的角速度匀速转动，如图图516，匀强磁场的磁感应，匀强磁场的磁感应强度为强度为0.5 t，问：，问：课堂互动讲练课堂互动讲练交变电流瞬时值的计算交变电流瞬时值的计算图图516(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？峰值分别是多少？(2)写出感应电动势随时间变化的表达式写出感应电动势随时间变化的表达式(3)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时，感应电动势的瞬时值是多大？时值是多大？【思路点拨】【思路点拨】先根据先根据emnbs计算电动势的最计算电动

14、势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是eemsint还是还是eemcost.【答案】【答案】(1)6.28 v6.28 a(2)e6.28cos10t v(3)3.14 v【规律总结】【规律总结】确定交变电流的电动势瞬时值表达确定交变电流的电动势瞬时值表达式时，首先要确定线圈转动是从哪个位置开始计时式时，首先要确定线圈转动是从哪个位置开始计时,以便确定表达式是正弦式还是余弦式；其次是确定以便确定表达式是正弦式还是余弦式；其次是确定线圈转动的角速度线圈转动的角速度；再次是确定感应电动势的峰值；再次是确定感应电动势的峰值emnbs；最后写瞬时值表达式；最

15、后写瞬时值表达式eemsint(或或eemcost)变式训练变式训练1单匝矩形线圈面积为单匝矩形线圈面积为s，如图，如图517所示，一半在匀强磁场中，磁感应强度为所示，一半在匀强磁场中，磁感应强度为b，另一，另一半没有磁场，当线圈绕半没有磁场，当线圈绕oo轴以角速度轴以角速度匀速转匀速转动时，求回路中感应电动势的瞬时值表达式动时，求回路中感应电动势的瞬时值表达式图图517 如图如图518所示，匀强磁所示，匀强磁场的磁感应强度场的磁感应强度b0.1 t，所用矩，所用矩形线圈总电阻为形线圈总电阻为r100 ，线圈，线圈的匝数的匝数n100，边长，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度，以

16、角速度100 rad/s绕绕oo轴匀速转动，试求当轴匀速转动，试求当线圈平面从图示位置线圈平面从图示位置(与中性面垂与中性面垂直直)转过转过90的过程中：的过程中：(1)线圈中的平均电动势线圈中的平均电动势(2)通过线圈某一截面的电荷量通过线圈某一截面的电荷量交变电流平均值的计算交变电流平均值的计算图图518【答案】【答案】(1)200 v(2)1102 c【规律总结】【规律总结】平均电动势既不是电动势峰值的一平均电动势既不是电动势峰值的一半，也不是历时一半时间的瞬时电动势，必须由法半，也不是历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解计算通过线圈某一截面的拉第电磁感应定律求解计算通

17、过线圈某一截面的电荷量，必须根据电流的平均值进行求解电荷量，必须根据电流的平均值进行求解 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的图象如图交变电流的图象如图519所示，下列说法中正所示，下列说法中正确的是确的是() 图图519交变电流的图象交变电流的图象a在在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值时刻穿过线圈的磁通量达到峰值b在在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值时刻穿过线圈的磁通量达到峰值c在在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值d在在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值【思

18、路点拨】【思路点拨】磁通量最大时，变化率为磁通量最大时，变化率为0，电，电动势为动势为0，电流为，电流为0；磁通量为；磁通量为0时，变化率最大时，变化率最大,电动势最大，电流最大电动势最大，电流最大【精讲精析】【精讲精析】从题图可知，从题图可知，t1时刻线圈中感应电时刻线圈中感应电动势达到峰值，则磁通量变化率达到峰值，而磁通动势达到峰值，则磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，此时线圈平面应与磁感线平行量最小，此时线圈平面应与磁感线平行t2时刻感时刻感应电动势等于零，则磁通量变化率为零，线圈处于应电动势等于零，则磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值中性面位置，磁通量达到峰值t3时刻感应电动势时刻感应电动势达到峰值，则线圈中的磁通量变化率达到峰值正达到峰值，则线圈中的磁通量变化率达到峰值正确选