2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流第1节交变电流(4)课件

交变电流交变电流1交交变变电电流流：_和和_都都随随时时间间做做周周期期性性变变化化的的电电流流2直流：直流：_不随不随时间变时间变化的化的电电流流大小大小方向方向方向方向3交变电流的产生交变电流的产生(1)产产生方法生方法闭闭合合线线圈圈在在_磁磁场场中中绕绕_的的轴轴匀匀速速转转动动匀强匀强垂直于磁场垂直于磁场(2)过过程分析程分析,如如图图511所示所示(3)中性面：中性面：线线圈平面与磁圈平面与磁场场_的位置的位置垂直垂直线线圈圈在在中中性性面面时时,磁磁通通量量、感感应应电电动动势势、感感应应电电流流具具有有怎怎样样的特点？的特点？【提提示示】线线圈圈平平面面与与磁磁场场垂垂直直的的位位置置,即即为为中中性性面面位位置置,在在此此位位置置磁磁通通量量最最大大,线线圈圈的的感感应应电电动动势势和和感感应应电电流流为为零零1线线圈圈转转一一周周有有两两次次经经过过中中性性面面,每每转转一一周周电电流流方方向向改改变变一次一次()2当当线线圈圈中中的的磁磁通通量量最最大大时时,产产生生的的电电流流也也最最大大()3交流交流电电源没有正源没有正负负极之分极之分()1瞬瞬时时值值表表达达式式：电电动动势势：e_,电电压压：u_,电电流流i_2峰峰值值：表表达达式式中中的的Em、Um、Im分分别别为为电电动动势势、电电压压和和电电流可能达到的最大流可能达到的最大值值,叫做峰叫做峰值值3正弦式电流：正弦式电流：按按_规规律律变变化的交化的交变电变电流流EmsintUmsintImsint正弦正弦交交变电变电流的大小是否一定流的大小是否一定变变化？化？【提提示示】交交变变电电流流的的大大小小不不一一定定变变化化,如如方方形形波波电电流流,交变电流与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化交变电流与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化1交流交流电电是指按正弦是指按正弦规规律律变变化的化的电电流流()2线线圈圈绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的轴轴匀匀速速转转动动时时产产生生的的交交流流电电是是正弦式交正弦式交变电变电流流()3交交变变电电流流的的瞬瞬时时值值表表达达式式与与开开始始计计时时的的位位置置无无关关()学生分学生分组组探究一探究一交变电流的产生过程交变电流的产生过程第第1步探究步探究分层设问分层设问,破解疑难破解疑难1正正弦弦式式交交变变电电流流有有什什么么特特点点？试试探探究究产产生生正正弦弦式式交交变电变电流的条件？流的条件？【提提示示】正正弦弦式式交交变变电电流流的的大大小小随随时时间间做做正正弦弦规规律律变变化化,线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的轴轴匀匀速速转转动动,线线圈圈中中就产生正弦式交变电流就产生正弦式交变电流2试试探探究究分分析析线线圈圈位位于于中中性性面面位位置置时时,穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量、磁磁通通量量的的变变化化率率、感感应应电电动动势势、感感应应电电流流各各有有什什么么特点？特点？【提提示示】线线圈圈位位于于中中性性面面处处时时,穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大,磁通量的变化率为零磁通量的变化率为零,感应电动势、感应电流均为零感应电动势、感应电流均为零3试试探探究究分分析析线线圈圈位位于于垂垂直直于于中中性性面面位位置置时时,穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量、磁磁通通量量的的变变化化率率、感感应应电电动动势势、感感应应电电流流各各有什么特点？有什么特点？【提提示示】当当线线圈圈由由中中性性面面位位置置转转过过90时时,穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量为为零零,磁磁通通量量的的变变化化率率最最大大,感感应应电电动动势势、感感应应电电流流最最大大第第2步步结论结论自我总结自我总结,素能培养素能培养中性面、中性面的垂直位置的特性比较中性面、中性面的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位置位置线线圈平面与磁圈平面与磁场场垂直垂直线线圈平面与磁圈平面与磁场场平行平行磁通量磁通量最大最大零零磁通量磁通量变变化率化率零零最大最大感感应电动势应电动势零零最大最大感感应电应电流流零零最大最大电电流方向流方向改改变变不不变变第第3步例步例证证典例印证典例印证,思维深化思维深化图图512(2014保保定定高高二二检检测测)如如图图512所所示示,一一矩矩形形闭闭合合线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的转转轴轴OO以以恒恒定定的的角角速速度度转动转动,从从线线圈平面与磁圈平面与磁场场方向平行方向平行时时开始开始计时计时,A线线圈中的感圈中的感应电应电流一直在减小流一直在减小B线线圈中的感圈中的感应电应电流先增大后减小流先增大后减小C穿穿过线过线圈的磁通量一直在减小圈的磁通量一直在减小D穿穿过线过线圈的磁通量的圈的磁通量的变变化率先减小后增大化率先减小后增大【答案答案】B中中性性面面是是分分析析交交变变电电流流产产生生过过程程中中各各物物理理量量变变化化情情况况的的关关键键位位置置,线线圈圈处处于于中中性性面面时时磁磁通通量量最最大大,磁磁通通量量变变化化率率最最小小,感感应应电电动动势势最最小小；线线圈圈处处于于垂垂直直于于中中性性面面位位置置时时磁磁通通量量最小最小,磁通量变化率最大磁通量变化率最大,感应电动势最大感应电动势最大第第4步巧步巧练练精选习题精选习题,落实强化落实强化1如如图图513所所示示为为演演示示交交变变电电流流产产生生的的装装置置图图,关关于于这这个个实验实验,正确的正确的说说法是法是()图图513A线线圈每圈每转动转动一周一周,指指针针左右左右摆动摆动两次两次B图图示位置示位置为为中性面中性面,线线圈中无感圈中无感应电应电流流C图图示位置示位置ab边边的感的感应电应电流方向流方向为为abD线线圈平面与磁圈平面与磁场场方向平行方向平行时时,磁通量磁通量变变化率化率为为零零【解解析析】线线圈圈在在磁磁场场中中匀匀速速转转动动时时,在在电电路路中中产产生生呈呈周周期期性性变变化化的的交交变变电电流流,线线圈圈经经过过中中性性面面时时电电流流改改变变方方向向,线线圈圈每每转转动动一一周周,有有两两次次通通过过中中性性面面,电电流流方方向向改改变变两两次次,指指针针左左右右摆摆动动一一次次线线圈圈处处于于图图示示位位置置时时,ab边边向向右右运运动动,由由右右手手定定则则,ab边边的的感感应应电电流流方方向向为为ab；线线圈圈平平面面与与磁磁场场方方向向平平行行时时,ab、cd边边垂垂直直切切割割磁磁感感线线,线线圈圈产产生生的的电电动动势势最最大大,也也可可以以这这样样认认为为,线线圈圈处处于于竖竖直直位位置置时时,磁磁通通量量为为零零,但但磁磁通通量量的的变变化化率最大率最大【答案答案】C2(多多选选)如如图图514所所示示,一一面面积积为为S的的单单匝匝矩矩形形线线圈圈处处于有界磁于有界磁场场中中,能在能在线线圈中圈中产产生交生交变电变电流的是流的是()5 1 4A将将线线圈水平向右匀速拉出磁圈水平向右匀速拉出磁场场B使使线线圈以圈以OO为轴为轴匀速匀速转动转动C使使线线圈以圈以ab为轴为轴匀速匀速转动转动D磁磁场场以以BB0sin t规规律律变变化化【解解析析】将将线线圈圈向向右右匀匀速速拉拉出出磁磁场场的的过过程程中中磁磁通通量量匀匀速速减减小小,因因此此产产生生的的感感应应电电流流大大小小不不变变,A错错误误线线圈圈绕绕垂垂直直于于磁磁感感线线方方向向的的轴轴转转动动时时磁磁通通量量发发生生周周期期性性变变化化,因因此此产产生生交交变变电电流流,B、C正正确确如如果果磁磁感感应应强强度度发发生生周周期期性性变变化化,而而线圈面积不变线圈面积不变,则磁通量也发生周期性变化则磁通量也发生周期性变化,产生交变电流产生交变电流【答案答案】BCD学生分学生分组组探究二探究二交变电流的瞬时值、峰值表达式交变电流的瞬时值、峰值表达式第第1步探究步探究分层设问分层设问,破解疑难破解疑难1从从不不同同位位置置开开始始计计时时,交交变变电电流流的的最最大大值值和和瞬瞬时时值值是否相同？是否相同？【提提示示】从从不不同同位位置置开开始始计计时时,交交变变电电流流的的最最大大值值是是相同的相同的,瞬时值不同瞬时值不同2线线圈圈在在磁磁场场中中转转动动,转转至至如如图图515位位置置时时,哪哪些些边边上上产产生感生感应电动势应电动势？图图515【提示提示】AD、BC边产生感应电动势边产生感应电动势第第2步步结论结论自我总结自我总结,素能培养素能培养1瞬时值表达式的推导瞬时值表达式的推导图图516若若线线圈圈平平面面从从中中性性面面开开始始转转动动,如如图图516所所示示,则则经经过过时间时间t：上上面面各各式式中中的的e、i、u仅仅限限于于从从中中性性面面开开始始计计时时的的情情况况若若从从垂垂直直于于中中性性面面(即即从从线线圈圈平平面面与与磁磁场场平平行行时时)开开始始计计时时,则则上述表达式上述表达式应为应为eEmcos t,iImcos t,uUmcos t.计算峰值与瞬时值应注意的问题计算峰值与瞬时值应注意的问题1交交流流电电动动势势的的峰峰值值EmnBS,由由线线圈圈匝匝数数n、磁磁感感应应强强度度B、转转动动角角速速度度和和线线圈圈面面积积S决决定定,与与线线圈圈的的形形状状及及转动轴的位置无关转动轴的位置无关2理理解解交交变变电电流流的的瞬瞬时时值值,要要处处理理好好两两个个关关系系：一一是是数数、形形、位位的的关关系系(即即函函数数、图图象象、线线圈圈位位置置三三者者之之间间的的关关系系)；二二是是数数、理理关关系系(数数学学表表达达式式、物物理理意意义义两两者者之之间间的的关关系系)第第3步例步例证证典例印证典例印证,思维深化思维深化图图517有有一一个个10匝匝正正方方形形线线框框,边边长长为为20 cm,线线框框总总电电阻阻为为1,线线框框绕绕OO轴轴以以10 rad/s的的角角速速度度匀匀速速转转动动,如如图图517所所示示,垂垂直直于于线线框框平平面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为0.5 T问问：(1)该该线线框框产产生生的的交交变变电电流流电电动动势势最最大大值值、电电流流最最大大值值分分别别是多少？是多少？(2)线线框框从从图图示示位位置置转转过过60时时,感感应应电电动动势势的的瞬瞬时时值值是是多大？多大？(3)写出感写出感应电动势应电动势随随时间变时间变化的表达式化的表达式(2)线框转过线框转过60时时,感应电动势感应电动势eEmsin605.44 V.(3)由由于于线线框框转转动动是是从从中中性性面面开开始始计计时时的的,所所以以瞬瞬时时值值表表达式为达式为eEmsin t6.28sin 10t(V)【答案答案】(1)6.28 V6.28 A(2)5.44 V(3)e6.28sin10t(V)求解交变电动势瞬时值表达式的基本方法求解交变电动势瞬时值表达式的基本方法1确确定定线线圈圈转转动动从从哪哪个个位位置置开开始始计计时时,以以确确定定瞬瞬时时值值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化2确定线圈转动的角速度确定线圈转动的角速度3确定感应电动势的峰值确定感应电动势的峰值EmNBS.4写出瞬时值表达式写出瞬时值表达式eEmsin t或或eEmcos t.第第4步巧步巧练练精选习题精选习题,落实强化落实强化图图5181如如图图518所所示示,边边长长为为a的的单单匝匝正正方方形形线线圈圈在在磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中,以以OO边边为为轴轴匀匀速速转转动动,角角速速度度为为,转转轴轴与磁与磁场场方向垂直方向垂直,线线圈圈电电阻阻为为R,求：求：【解解析析】(1)线线圈圈转转动动中中感感应应电电动动势势的的峰峰值值EmBa2,因因从从垂垂直直于于中中性性面面开开始始计计时时,故故表表达达式式为为余余弦弦式式,即即eBa2cos t.(2)线线圈圈转转过过/2过过程程中中的的感感应应电电动动