人教版物理选修3-2全册精品课件-第五章第一节.ppt

1、第五章交变电流第五章交变电流第五章交变电流第五章交变电流第一节交变电流第一节交变电流学习目标：学习目标：1.知道什么是交变电流，以及它与直流电的知道什么是交变电流，以及它与直流电的区别区别2了解交流电的产生原理，会推导正弦式交流电的表了解交流电的产生原理，会推导正弦式交流电的表达式达式3会用数学函数表达式和图象描述交流电会用数学函数表达式和图象描述交流电重点难点：重点难点：1.正弦式交流电的表达式的推导正弦式交流电的表达式的推导2正弦式交流电的瞬时表达式与图象正弦式交流电的瞬时表达式与图象新知初探自主学习新知初探自主学习一、交变电流一、交变电流自主探究自主探究图图511中，中，A、B图象所描述

2、的电流的共同图象所描述的电流的共同点是：电流的大小和方向都随时间做周期性点是：电流的大小和方向都随时间做周期性变化；变化；C、D图象所描述的电流的共同点是：图象所描述的电流的共同点是：电流电流_不随时间变化不随时间变化方向方向图图511成功发现成功发现1交变电流：交变电流：_都随时间做周期性变化都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流的电流，称为交变电流，简称交流(AC)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(DC)大小和方向大小和方向二、交变电流的产生二、交变电流的产生自主探究自主探究如图如图512所示，当线圈沿逆时针方向匀所示，当线圈沿逆时针方

3、向匀速转动时，回答下列问题：速转动时，回答下列问题：图图512(1)线圈由甲位置转到乙位置的过程中，线圈由甲位置转到乙位置的过程中，AB边边中电流方向为从中电流方向为从_到到_，由丙位置转到，由丙位置转到丁位置的过程中，丁位置的过程中，AB边中电流方向为从边中电流方向为从_到到_(2)线圈转到线圈转到_和和_位置时线圈中没位置时线圈中没有电流；转到有电流；转到_和和_位置时电流最大位置时电流最大成功发现成功发现1产生原理：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁产生原理：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴场方向的轴_转动，线圈中产生的是转动，线圈中产生的是交变电流交变电流BAAB甲甲丙丙乙乙丁丁匀速匀速2

4、中性面：线圈与磁场方向中性面：线圈与磁场方向_的位置的位置线圈经过中性面时，感应电流大小为线圈经过中性面时，感应电流大小为_，_发生改变发生改变三、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_垂直垂直零零方向方向ImsintUmsintEmsint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、电分别表示电流、电压、电动势的压、电动势的_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513所示所示图图513瞬时值瞬时值最大值最大值3.几种不同类型的交变电流几

5、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，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，如图常见的有以下几种，如图514所示所示图图514要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1中性面及其垂直位置的特性比较中性面及其垂直位置的特性比较中性面中性面中性面的垂直位置中性面的垂直位置图图示示中性面中性面中性面的垂直位置中性面的垂直位置位置位置线圈平面与磁场线圈平面与磁场垂直垂直线圈平面与磁场平线圈平面与磁场平行行磁通量磁通量最大最大零零磁通量变化率磁通量变化率零零最大最大感应电动势感应电动势零零最大最大感应电流感应电流零零最大最大电流方向电流方向改变改变不变不变(2012

6、石家庄二中高二检测石家庄二中高二检测)矩形线框绕矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动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，线框中感应电动势当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大最大B当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零应电动势也为零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应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，各边不切割磁感线例例1【思路点拨思路点拨】

7、(1)线圈位于中性面时各边不切线圈位于中性面时各边不切割磁感线割磁感线(2)线圈垂直于中性面时，两边切割磁感线的速线圈垂直于中性面时，两边切割磁感线的速度最大度最大【精讲精析精讲精析】线框位于中性面时，线框平面线框位于中性面时，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方向与磁感线平行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，所以电动势等于零，此时穿即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势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时刻变化或感应电流的方

8、向在此时刻变化垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，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切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直,有效切割速度最大，所以感应电动势最大，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此时穿过线框的磁通量的变化率最大故C、D正确正确【答案答案】CD变式训练变式训练1.如图如图515所示为演示交变电流产生的装所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是置图，关于这个实验，正确的说法是()图图515A线圈每转动一周，指针左右摆动两次线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无

9、感应电流图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图示位置图示位置ab边的感应电流方向为边的感应电流方向为abD线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零率为零解析：选解析：选C.线圈在磁场中匀速转动时，在电路线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次针左右摆动一次线圈处于图示位置时，线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手边向右运动，

10、由右手定则，定则，ab边的感应电流方向为边的感应电流方向为ab；线圈平面；线圈平面与磁场方向平行时，与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大变化率最大要点要点2交变电流的变化规律分析交变电流的变化规律分析1.瞬时值表达式的推导瞬时值表达式的推导图图516若线圈平面从中性面开始转动，如图若线圈平面从中性面开始转动，如图516，则经过时间则经过时间t：特别提醒：特别提醒：(1)瞬时值表达式与开始计时的位置瞬时

11、值表达式与开始计时的位置有关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)峰值与开始计时的峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关与转轴的位置无关 图图517有一个正方形线圈的匝数为有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长匝，边长为为20 cm，线圈总电阻为，线圈总电阻为1，线圈绕，线圈绕OO轴以轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图的角速度匀速转动，如图517,匀匀强磁场的磁感应强度为强磁场的磁

12、感应强度为0.5 T，问：，问：(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电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？流的峰值分别是多少？(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，感应电动势时，感应电动势的瞬时值是多大？的瞬时值是多大？例例2【思路点拨思路点拨】先根据先根据EmNBS计算电动势计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是式是eEmsint还是还是eEmcost.(2)感应电动势的瞬时值表达式为感应电动势的瞬时值表达式为eEmcost6.28co

13、s10t V.(3)线圈转过线圈转过60，感应电动势，感应电动势eEmcos603.14 V.【答案答案】(1)6.28 V6.28 A(2)e6.28cos10t V(3)3.14 V【方法总结方法总结】求解交变电流瞬时值可分三步求解交变电流瞬时值可分三步(1)确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表达式是正弦还是余弦形式；达式是正弦还是余弦形式；(2)确定线圈转动的角速度确定线圈转动的角速度及线圈匝数及线圈匝数n、磁感、磁感应强度应强度B、线圈面积、线圈面积S等；等；(3)根据根据EmnBS，求出最大值后按表达式，求出最大值后按表达式eEmsint或或e

14、Emcost代入代入Em及及的具体数值的具体数值变式训练变式训练解析：选解析：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减减半时，半时，Em不变，故不变，故C正确正确要点要点3正弦式交变电流的图象正弦式交变电流的图象1.对交变电流图象的认识对交变电流图象的认识如图如图518所示，正弦式交变电流随时间变所示，正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流的电动势、是交变电流的电动势、电流、电压随时间变电流、电压随时间变化的规律，它们是正化的规律，它们是正弦曲线弦曲线 图

15、图5182.交变电流图象的应用交变电流图象的应用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均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻中性面的时刻(3)找出线圈平行于磁感线的时刻找出线圈平行于磁感线的时刻(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e、i、u随时间的变化规律随时间的变化规律一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平

16、面内的固定轴转动，线圈中的感应电线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势动势e随时间的变化如图随时间的变化如图519所示，下列说所示，下列说法中正确的是法中正确的是()At1时刻通过的磁通量为零时刻通过的磁通量为零Bt2时刻通过的磁通量的绝时刻通过的磁通量的绝对值最大对值最大Ct3时刻通过的磁通量变化时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大率的绝对值最大D每当每当e变换方向时通过的变换方向时通过的磁通量的绝对值最大磁通量的绝对值最大例例3图图519【精讲精析精讲精析】因电动势按余弦规律变化，故因电动势按余弦规律变化，故初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，至初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，至t1时时

17、刻恰好到达中性面，磁通量最大，刻恰好到达中性面，磁通量最大，A错；错；t2时刻时刻又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大,B错；错；t3时刻又到达中性面，磁通量最大，但时刻又到达中性面，磁通量最大，但其变化率为零，其变化率为零，C错；错；e变换方向时正是其大小变换方向时正是其大小为零时，也恰好是磁通量最大时为零时，也恰好是磁通量最大时【答案答案】D【方法总结方法总结】分析交变电流图象时要注意分析交变电流图象时要注意一看：看一看：看“轴轴”、看、看“线线”、看、看“斜率斜率”、看、看“点点”、看、看“截距截距”、看、看“面积面积”、看、看“拐点拐点”，并

18、理解其物理意义一定要把图象与线圈在磁场中并理解其物理意义一定要把图象与线圈在磁场中的位置对应起来的位置对应起来二变：掌握二变：掌握“图与图图与图”“”“图与式图与式”和和“图与物图与物”之之间的变通关系例如可借助磁通量的变化图线与电间的变通关系例如可借助磁通量的变化图线与电动势的变化图线是否是互余关系来分析问题动势的变化图线是否是互余关系来分析问题三判：在此基础上进行正确的分析和判断三判：在此基础上进行正确的分析和判断变式训练变式训练3.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的一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轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象

19、如图的图象如图5110甲所示，则下列说法中正甲所示，则下列说法中正确的是确的是()图图5110 At0时刻线圈平面与中性面垂直时刻线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻时刻的变化率达最大的变化率达最大Ct0.02 s时刻感应电动势达到最大时刻感应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示热点示例创新拓展热点示例创新拓展经典案例经典案例(8分分)如图如图5111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，所用矩形线圈总电，所用矩形线圈总电阻为阻为R100，线圈的匝数，线圈的匝数n100，边长，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度，以角速度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(与中与中性面垂直性面垂直)转过转过90的过程的过程中：中：图图5111(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【答案答案】(1)200 V(2)1102 C