物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）3-1交变电流 课件

第1节交变电流第三章交变电流知识点交变电流直流电：方向不随时间变化的电流．简称：直流符号：DC交变电流：大小和方向均随时间做周期性变化的电流．简称：交流符号：AC1新知探究知识点交变电流特别提醒1新知探究方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特征，也是交流电和直流电的根本区别．交流电的典型特征是电流方向变化，其大小可能不变，如矩形交流电的方向变化但大小不变，也是交流电．知识点交变电流正弦式电流：按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．1新知探究知识点交变电流的产生产生在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图所示．2新知探究知识点交变电流的产生过程分析：如图所示2新知探究知识点交变电流的产生2新知探究线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为b→a→d→c.线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为b→a→d→c.线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为a→b→c→d.线圈由丁位置回到甲位置过程中，电流方向为a→b→c→d.知识点交变电流的产生中性面2新知探究知识点交变电流的产生易错点2新知探究有的同学误认为当线圈平面与中性面重合时，穿过线圈平面的磁通量最大，感应电动势也应最大；当线圈平面与磁感线重合时，穿过线圈平面的磁通量为零，感应电动势也应为零．知识点交变电流的产生易错点2新知探究知识点交变电流的变化规律正弦式电流表达式的推导(1)瞬时值表达式的推导若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间t：3新知探究知识点交变电流的变化规律正弦式电流表达式的推导3新知探究知识点交变电流的变化规律(2)峰值①由e＝NBSωsinωt可知，电动势的最大值，即峰值Em＝NBSω.②交变电动势最大值由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S共同决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图所示的几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同．3新知探究知识点交变电流的变化规律3新知探究知识点交变电流的变化规律正弦式交变电流的图象(1)用图象描述交变电流的变化规律(在中性面时t＝0)如下：3新知探究知识点交变电流的变化规律特别提醒3新知探究从图象中可以解读到以下信息：(1)交变电流的峰值Em、Im和周期T.(2)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．(3)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．知识点交变电流的变化规律正弦式交变电流的图象(2)几种不同类型的交变电流3新知探究知识点交变电流的变化规律规律方法3新知探究线圈转动时瞬时值与平均值的求法1．瞬时值求法(1)确定线圈转动从中性面位置开始计时，还是从垂直中性面的位置开始计时．(2)确定表达式是正弦函数还是余弦函数，若从中性面位置开始计时，表达式为正弦函数，若从垂直中性面的位置开始计时，则为余弦函数．知识点交变电流的变化规律规律方法3新知探究知识点交变电流的变化规律规律方法3新知探究知识点交变电流的变化规律【例题2】如图所示,匀强磁场B=0.1T,所用矩形线圈的匝数n=100,边长ab=0.2m,bc=0.5m,以角速度ω=100πrad/s绕OO'轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求:(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。3新知探究知识点交变电流的变化规律3新知探究解析:(1)感应电动势的瞬时值e=nBSωsinωt,由题可知S=ab·bc=0.2×0.5m2=0.1m2Em=nBSω=100×0.1×0.1×100πV=314V所以e=314sin100πtV。知识点交变电流的变化规律3新知探究答案:(1)e=314sin100πtV(2)200V题后反思(1)若从中性面开始计时,交变电流的瞬时值i、e、u的表达式均是正弦形式;若从线圈与中性面垂直时开始计时,则瞬时值的表达式均为余弦形式。从不同位置开始计时,瞬时值表达式不同,通常从中性面开始计时。(2)Em、Um、Im均表示正弦式交变电流的最大值或峰值,其中Em=nBSω、Im=、Um=ImR',式中n表示线圈的匝数、S表示线圈的面积、ω表示线圈转动的角速度、R表示闭合电路的总电阻、R'表示外电路的总电阻。1．交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面垂直时，下列说法正确的是（）A．电流将改变方向B．磁场方向和线圈平面垂直C．线圈中产生的感应电动势最大D．穿过线圈的磁通量最大课堂训练【答案】C【详解】线圈转到线圈平面与中性面垂直的位置时，磁场方向与线圈平面平行，穿过线圈的磁通量为零，电动势和电流均达到最大值，电流方向不变，故ABD错误，C正确。故选C。课堂训练2．实验室中有一台小型发电机，它的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴做匀速转动时，产生的交变电流的图像如图所示，根据图像判断下列说法正确的是（）A．在A和C时刻线圈处于中性面位置B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C．从A到D时刻线圈转过的角度为D．若从0到D时刻历时0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次课堂训练【答案】D【详解】A．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，A错误；B．在B和D时刻电流为零，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，B错误；C．从A到D时刻，线圈旋转周，转过的角度为，C错误；D．如果从0到D时刻历时0.02s，恰好为一个周期，则1s内线圈运动50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次，D正确。故选D。课堂训练3．如图所示，线圈转动过程中产生交变电流，下列说法正确的是（）A．转到图甲所示位置时，通过线圈的感应电流最大B．转到图乙所示位置时，通过线圈的感应电流最大C．转到图丙所示位置时，CD边中感应电流方向为D→CD．转到图丁所示位置时，AB边中感应电流方向为B→A课堂训练【答案】A【详解】A．线圈转到题图甲所示位置时，线圈平面与磁感线平行，穿过线图的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈产生的感应电动势最大，通过线圈的感应电流最大，选项A正确；BD．线圈转到题图乙和题图丁所示位置时，线圈处于中性面，此时感应电流为零，选项BD错误；C．线圈转到题图丙所示位置时，由右手定则知CD边中感应电流方向为C→D，选项C错误。故选A。课堂训练4．判断下列所示的电流一时间图像，属于描述恒定电流的是（）A． B． C． D．课堂训练【答案】A【详解】大小和方向都不随时间改变的电流为恒定电流，故选项A描述的是恒定电流，B、C、D描述的均为交变电流.故选A。课堂训练5．如图1所示有人把自行车进行了改装，在后车轮上装上了一个小型发电机，想看电视时，就骑在自行车上不停地蹬车，可供电视、照明用电。该发电机原理如图2所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，放置一个有固定转轴的发电轮，发电轮平面与磁场方向垂直，发电轮半径为r，轮轴和轮缘为两个输出电极，该发电机先接一理想变压器，再给电视和照明系统供电，则下列说法正确的是（）课堂训练A．当人蹬车的速度增大时，变压器副线圈两端的电压降低B．