高中物理 第2章 交变电流与发电机 学案1 怎样产生交变电流同步备课课件 沪科版选修3-2

1、1第2章交变电流与发电机1怎样产生交变电流2目标定位1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、 最大值的物理含义.3内容索引知识探究达标检测4知识探究15一、交变电流一、交变电流两个发光二极管接成如图1所示电路(1)把电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮. 答案图1(2)把电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？当接在手摇式发电机两端时，两个发光二极管间或的闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电

2、流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变. 答案6要点总结要点总结1.大小和方向都随时间做 变化的电流叫交变电流，简称 .2. 不随时间变化的电流称为直流. 、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流 是否变化.大小交流方向周期性方向7例例1 (多选)如图所示的图像中属于交变电流的有答案解析典型例题典型例题选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流.8二、交变电流的产生二、交变电流的产生图2假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示.请分析判断：

3、(1)图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？由B到A答案9(2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？图2由A到B答案10(3)当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？图2线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，称为中性面.线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大.答案11(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻.图2答案12要点总结要点总结1.交流发电机的构造：主要由可转动的 (电枢)和 两部分组成.2.正弦式交变电流的产生：将闭

4、合矩形线圈置于 磁场中，并绕_ _方向的轴 转动.3.中性面线圈平面与磁感线 时的位置(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的 ，但线圈中的电流为_ (填“最大”或“零”).(2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变.线圈转动一周，感应电流方向改变 次.线圈磁体垂直匀强匀速垂直零最大两磁场134.旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机(1) 旋转电枢式发电机 产生电压一般不超过500 V定子：_转子：_(2) 旋转磁极式发电机 能产生几千伏到几万伏电压定子：_转子：_5.交变电流的电能从哪里来从能量转化的角度看，发电机是把机械能转变为电能的机器.磁体线圈线圈磁体14例例2(多选)矩形线框

5、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，下列说法正确的是 A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零答案解析典型例题典型例题15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，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，也应该知道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也就在此时刻变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂

6、直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大.故C、D选项正确.16三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律如图3所示是图2中线圈ABCD在磁场中绕轴OO转动时的截面图.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积SL1L2，磁感应强度为B，线圈转动的角速度为，则：图3(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？答案1718(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？图3答案整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生，且eABeCD，所以甲：e0乙：eeABeCDBSsin t丙：eBS19(3)若线圈有n匝，则甲、乙、丙中整个线圈

7、的感应电动势各为多大？图3答案若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以甲：e0乙：enBSsin t丙：enBS20要点总结要点总结1.正弦式交变电流的瞬时值表达式(1)当从中性面开始计时：e_(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e .2.正弦式交变电流的峰值表达式EmaxnBS与线圈的形状及转动轴的位置 .(填“有关”或“无关”)Emaxsin t.Emaxcos t无关213.两个特殊位置(1)中性面：线圈平面与磁场 . ， 为 ，e为 ，i为 .(填“0”或“最大”)线圈每次经过中性面时，线圈感应电流的方向要改变.线圈转动一圈，感应电流方向改变 次.(2)垂直中性面：线圈平面

8、与磁场 .为 ， ，e为 ，I .(填“0”或“最大”)最大最大最大最大0平行两000垂直224.(1)正弦式交变电流的图像及应用或从中性面计时从垂直中性面(BS)计时23(2)从正弦式交变电流的图像中可以解读到以下信息：交变电流的周期T、峰值Im或者Em.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刻，也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻.判断线圈中磁通量最小、最大的时刻及磁通量变化率 最大、最小的时刻.分析判断i、e的大小和方向随时间变化的规律.24例例3有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 ，线圈绕OO轴以1

9、0 rad/s的角速度匀速转动，如图4所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，求：(1)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.答案解析典型例题典型例题图46.28 V6.28 A25交变电流电动势的峰值为Emax2nBLvnBS100.50.2210 V6.28 V26(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式.答案解析从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmaxsin t6.28sin (10t) V.e6.28sin (10t) V27(3)线圈从中性面位置开始，转过30时，感应电动势的瞬时值是多大.答案解析线圈从中性面位置开始转过30，

10、感应电动势eEmaxsin 303.14 V.3.14 V28例例4线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图5所示，由图中信息可以判断A.在A和C时刻线圈处于中性面位置B.在B和D穿过线圈的磁通量为零C.从AD线圈转过的角度为2D.若从OD历时0.02 s，则在1 s内交 变电流的方向改变100次答案解析图529根据题图，首先判断出交变电流的瞬时值表达式iImaxsin t.其中Imax是交变电流的最大值，是线圈旋转的角速度.另外，应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈每旋转一周，两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向，从题图可以看出，在O、B、D时

11、刻电流为零，所以此时刻线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；从A到D，线圈旋转 周，转过的角度为 ；如果从O到D历时0.02 s，恰好为一个周期，所以1 s内线圈转过50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次.综合以上分析可得，只有选项D正确.30达标检测2311.(交变电流的产生)(多选)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有1234答案322.(交变电流的规律)(多选)如图6所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，adbcl1，abcdl2.从图示位置起该线圈以角速度绕不同转轴匀速转动，则A.以OO为转轴时，

12、感应电动势eBl1l2sin tB.以O1O1为转轴时，感应电动势eBl1l2sin tC.以OO为转轴时，感应电动势eBl1l2cos t图6答案解析1234D.以OO为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势eBl1l2sin (t )33以O1O1为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流.无论以OO为轴还是以ab为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl1l2.由于是从与磁场平行的面开始计时，产生的是余弦式交变电流，故C、D正确.1234343.(交变电流的图像)一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图7甲所示，则下列说法中正确的是A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻，的变化率最大C.t0.02 s时刻，交变电动势达到最大D.该线圈产生的相应感应电动势的图像如图乙所示答案解析图7123435由题图甲可知t0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面.t0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A项错误，B项正确.t0.02 s时，感应电动势应为零，C、D项均错误.1234364.(交变电流的规律)如图8所示，线圈的面积是0.05 m2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B