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1、1交变电流交变电流课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随随堂堂训练素养目标定位目目 标标 素素 养养1.知道交变电流的定义知道交变电流的定义,认识其与恒定电流的区别。认识其与恒定电流的区别。2.了解中性面的概念。了解中性面的概念。3.掌握交变电流的变化规律。掌握交变电流的变化规律。4.能运用正弦式交变电流的瞬时表达式和图像解决相关问题。能运用正弦式交变电流的瞬时表达式和图像解决相关问题。知知识识概概览览课前基础认知一、交变电流一、交变电流1.交变电流交变电流:电流、电流、电压都电压都随时间做随时间做周期性周期性变化的电流变化的电流,简称简称交流。交流。2.直流直流:方向
2、方向不随时间变化的电流。大小和方向都不随时间变不随时间变化的电流。大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。化的电流称为恒定电流。微思考微思考1给你一块磁体给你一块磁体,你怎样判断白炽灯发光时用的是直流你怎样判断白炽灯发光时用的是直流还是交变电流还是交变电流?提示提示:把磁体的磁极靠近白炽灯把磁体的磁极靠近白炽灯,如果用的是直流如果用的是直流,灯丝不会抖灯丝不会抖动动;如果灯丝中通有交变电流如果灯丝中通有交变电流,则灯丝受到变化的安培力则灯丝受到变化的安培力,灯丝灯丝会抖动。会抖动。二、交变电流的产生二、交变电流的产生1.交流发电机中两磁极之间产生的磁场可近似为交流发电机中两磁极之间产生的磁
3、场可近似为匀强磁场匀强磁场。2.当线圈在磁场中转动时当线圈在磁场中转动时,垂直于磁感线方向的导线的垂直于磁感线方向的导线的速度速度不不断变化断变化,所以感应电动势也在变化所以感应电动势也在变化,感应电流同时发生变化。感应电流同时发生变化。微思考微思考2在日常生活中在日常生活中,手电筒和日光灯是家庭中必备的照明手电筒和日光灯是家庭中必备的照明工具工具,但给两用电器提供电能的电源是不同的但给两用电器提供电能的电源是不同的,它们产生的电它们产生的电流相同吗流相同吗?提示提示:不相同。电源有交流和直流之分。电池是直流电源不相同。电源有交流和直流之分。电池是直流电源,它它提供的是直流提供的是直流;家庭照
4、明电路给日光灯提供的是交变电流家庭照明电路给日光灯提供的是交变电流,其其典型特征是电流方向发生变化。典型特征是电流方向发生变化。三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律1.正弦式交变电流正弦式交变电流:按按正弦正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变规律变化的交变电流叫正弦式交变电流电流,简称简称正弦式电流正弦式电流。2.当线圈平面位于中性面时当线圈平面位于中性面时,线圈中的磁通量线圈中的磁通量最大最大,线圈的感线圈的感应电动势为应电动势为零零,线圈中的电流为线圈中的电流为零零。3.从中性面开始计时从中性面开始计时,电动势、电压和电流的瞬时值表达式电动势、电压和电流的瞬时值表达式:e=Emsin
5、t,u=Umsint,i=Imsint。Em、Um、Im为电动势、为电动势、电压、电流的最大值电压、电流的最大值,也叫也叫峰值峰值;e、u、i为电动势、电压、电为电动势、电压、电流的瞬时值。流的瞬时值。微判断微判断(1)线圈转一周有两次经过中性面线圈转一周有两次经过中性面,每转一周电流方向每转一周电流方向改变一次。改变一次。()(2)当线圈中的磁通量最大时当线圈中的磁通量最大时,产生的电流也最大。产生的电流也最大。()(3)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。()(4)表达式为表达式为e=Emsin(t+)的交变电流也是正弦式交变电流的交变电
6、流也是正弦式交变电流。()四、交流发电机四、交流发电机1.电枢电枢转动转动,磁极磁极不动的发电机不动的发电机,叫作旋转电枢式发电机。叫作旋转电枢式发电机。2.磁极磁极转动转动,电枢电枢不动不动,线圈中同样会产生感应电动势线圈中同样会产生感应电动势,这种发这种发电机叫作旋转磁极式发电机。电机叫作旋转磁极式发电机。3.不论哪种发电机不论哪种发电机,转动的部分都叫转动的部分都叫转转子子,不动的部分都叫不动的部分都叫定定子。子。微思考微思考3交流发电机输出的电流都可以表示为交流发电机输出的电流都可以表示为i=Imsint吗吗?提示提示:不一定。如果线圈从中性面的垂面开始计时不一定。如果线圈从中性面的垂
7、面开始计时,则输出的则输出的电流表示为电流表示为i=Imcost。课堂重难突破一一交交变电流流的的产生生重难归纳1.正弦式交变电流的产生条件。正弦式交变电流的产生条件。(1)匀强磁场。匀强磁场。(2)线圈匀速转动。线圈匀速转动。(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。线圈的转轴垂直于磁场方向。2.两个特殊位置的特点两个特殊位置的特点。比较项中性面与中性面垂直的位置图示位置线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向平行磁通量最大零磁通量的变化率零最大感应电动势零最大感应电流零最大电流方向改变不变3.交变电流的产生过程分析交变电流的产生过程分析。如图所示如图所示,形状或转轴位置不同形状或转轴位置不同,但面积
8、均为但面积均为S的单匝线圈处在的单匝线圈处在同一个磁感应强度为同一个磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,以相同的角速度以相同的角速度匀速匀速转动转动,从图示的位置开始计时从图示的位置开始计时,则感应电动势最大值、瞬时值则感应电动势最大值、瞬时值相同吗相同吗?提示提示:感应电动势最大值、瞬时值都相同。感应电动势最大值、瞬时值都相同。典例剖析【例【例1】(多选多选)如图所示如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度以恒定的角速度转动转动,从线圈平面从线圈平面与磁场方向平行时开始计时与磁场方向平行时开始计时,则在则
9、在0 这段时间内这段时间内()A.线圈中的感应电流一直在减小线圈中的感应电流一直在减小B.线圈中的感应电流先增大后减小线圈中的感应电流先增大后减小C.穿过线圈的磁通量一直在减小穿过线圈的磁通量一直在减小D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小答案答案:AD解析解析:计时开始时线圈平面与磁场平行计时开始时线圈平面与磁场平行,感应电流最大感应电流最大,在在0时间时间内线圈转过四分之一个圆周内线圈转过四分之一个圆周,感应电流从最大减小为零感应电流从最大减小为零,磁通量逐渐增大磁通量逐渐增大,其变化率一直减小其变化率一直减小,故选项故选项A、D正确。正确。特别提醒特别提
10、醒产生产生正弦式交变电流的条件是线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀正弦式交变电流的条件是线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动速转动,与线圈的形状和转轴的位置无关与线圈的形状和转轴的位置无关。学以致用1.(多选多选)如图所示如图所示,线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且在线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且在线圈平面内的轴匀速转动时产生交变电流线圈平面内的轴匀速转动时产生交变电流,则下列说法正确则下列说法正确的是的是()A.当线圈位于中性面时当线圈位于中性面时,线圈中感应电流最大线圈中感应电流最大B.当穿过线圈的磁通量为零时当穿过线圈的磁通量为零时,线圈中感应电动势最大线圈中感应电动势最大C.线圈在磁场中每转一
11、周线圈在磁场中每转一周,产生的感应电流方向改变一次产生的感应电流方向改变一次D.每当线圈经过中性面时每当线圈经过中性面时,感应电流的方向就改变一次感应电流的方向就改变一次答案答案:BD解析解析:线圈位于中性面时线圈位于中性面时,线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场垂直,此时磁通量最此时磁通量最大大,但是各边都不切割磁感线但是各边都不切割磁感线,或者说磁通量的变化率为零或者说磁通量的变化率为零,所所以感应电动势为零以感应电动势为零,感应电流为零感应电流为零,选项选项A错误。而穿过线圈错误。而穿过线圈的磁通量为零时的磁通量为零时,切割磁感线的有效速度最大切割磁感线的有效速度最大,磁通量的变化磁通量的变
12、化率最大率最大,所以感应电动势最大所以感应电动势最大,选项选项B正确。每当线圈经过中正确。每当线圈经过中性面时性面时,感应电流的方向就改变一次感应电流的方向就改变一次,线圈在磁场中每转一周线圈在磁场中每转一周,两次经过中性面两次经过中性面,产生的感应电流方向改变二次产生的感应电流方向改变二次,选项选项C错误错误,D正确。正确。二二交交变电流流的的变化化规律律重难归纳1.从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式。从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式。2.正弦式交变电流电动势的峰值正弦式交变电流电动势的峰值Em=NBS,由线圈的匝数由线圈的匝数N、磁感应强度、磁感应强度B、线圈的面积、线圈的面积S及其
13、转动的角速度及其转动的角速度确定。确定。3.当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴做匀速转动时均产当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴做匀速转动时均产生正弦式交变电流生正弦式交变电流,与线圈的形状无关。与线圈的形状无关。4.线圈开始的位置不同时线圈开始的位置不同时,只是正弦式交变电流表达式中正弦只是正弦式交变电流表达式中正弦函数的初相位不同函数的初相位不同,峰值和函数形式不变。峰值和函数形式不变。如图甲所示如图甲所示,一单匝矩形线圈一单匝矩形线圈abcd放置在匀强磁场中放置在匀强磁场中,并绕过并绕过ab、cd中点的轴中点的轴OO以角速度以角速度逆时针匀速转动。若以线圈逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁
14、场夹角平面与磁场夹角=45时时(如图乙所示如图乙所示)为计时起点为计时起点,并规定当并规定当电流自电流自a流向流向b时时,方向为正方向为正,请作出线圈中电流随时间变化的请作出线圈中电流随时间变化的图像。图像。甲甲乙乙典例剖析【例例2】一一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的电动势产生的电动势的图像如图所示的图像如图所示,则则()A.交变电流的频率是交变电流的频率是4HzB.当当t=0时时,线圈平面与磁感线垂直线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大磁通量最大C.当当t=s时时,e有最大值有最大值D.t=s时时,e=-10V最小最小,磁通量变化率最小磁通量变化率最小答案答
15、案:B特别提醒特别提醒图像图像的分析方法的分析方法一看一看:看看“轴轴”、看、看“线线”、看、看“斜率斜率”、看、看“点点”,并理解其物理意并理解其物理意义。义。二变二变:掌握掌握“图与图图与图”“图与式图与式”和和“图与物图与物”之间的变通关系。之间的变通关系。三判三判:在此基础上进行正确的分析和判断在此基础上进行正确的分析和判断。学以致用2.处在处在匀强磁场中的矩形线圈匀强磁场中的矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕以恒定的角速度绕ab边转边转动动,磁场方向平行于纸面并与磁场方向平行于纸面并与ab边垂直边垂直,在在t=0时刻时刻,线圈平面与线圈平面与纸面重合纸面重合(如图如图),线圈的线圈的
16、cd边离开纸面向外运动边离开纸面向外运动,若规定若规定abcda方向的感应电流为正方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电则能反映线圈中感应电流流i随时间随时间t变化的图像是变化的图像是()答案答案:C解析解析:线圈在磁场中绕和磁场方向垂直的轴匀速转动时可以线圈在磁场中绕和磁场方向垂直的轴匀速转动时可以产生按正弦规律变化的交变电流产生按正弦规律变化的交变电流,对于图示起始时刻对于图示起始时刻,线圈的线圈的cd边离开纸面向纸外运动边离开纸面向纸外运动,速度方向和磁场方向垂直速度方向和磁场方向垂直,产生的产生的电动势的瞬时值最大电动势的瞬时值最大;用右手定则判断出电流方向为逆时针用右手定则判断出电流方向为逆时针方向方向,与规定的正方向相同与规定的正方向相同,所以选项所以选项C正确。正确。随堂训练1.(多选多选)如图所示的图像中属于交变电流的是如图所示的图像中属于交变电流的是()答案答案:ABC2.关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流,以下说法正以下说法正确的是确的是()A.线圈平面每经过中性面一次线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次感
