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1、自主学习自主学习基础知识基础知识合作探究合作探究重难疑点重难疑点解题技巧解题技巧素养培优素养培优1 交变电流交变电流学习目标学习目标1.知道交变电流、直流电的概念知道交变电流、直流电的概念2.掌握交变电流的产生和变化规律掌握交变电流的产生和变化规律(难点难点)3.知道交变电知道交变电流的峰值、瞬时值的含义流的峰值、瞬时值的含义1交交变变电电流流：_和和_都都随随时间做做周周期期性性变化化的的电流流2直流：直流：_不随不随时间变化的化的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)产生方法生方法闭合合线圈圈在在_磁磁场中中绕_的的轴匀匀速速转动匀强匀强垂直于磁场垂直于磁场(2
2、)过程分析，如程分析，如图511所示所示(3)中性面：中性面：线圈平面与磁圈平面与磁场_的位置的位置垂直垂直线圈圈在在中中性性面面时，磁磁通通量量、感感应电动势、感感应电流流具具有怎有怎样的特点？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为零流为零1线圈圈转一一周周有有两两次次经过中中性性面面，每每转一一周周电流流方方向向改改变一次一次( )2当当线圈圈中中的的磁磁通通量量最最大大时，产生生的的电流流也也最最大大( )3交流交流电源没有正源没有正负极
3、之分极之分( )1瞬瞬时时值值表表达达式式：电动势：e_，电压：u_，电流流i_2峰峰值值：表表达达式式中中的的Em、Um、Im分分别为电动势、电压和和电流可能达到的最大流可能达到的最大值，叫做峰，叫做峰值3正弦式电流：正弦式电流：按按_规律律变化的交化的交变电流流EmsintUmsintImsint正弦正弦交交变电流的大小是否一定流的大小是否一定变化？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，交交变变电电流流与与直直流流电电的的最最大大区区别别是是方方向向发发生生周周期期性性的的变变化化1交流交流电是指按正弦是指按正弦规律律变化的化的电流流(
4、 )2线圈圈绕垂垂直直于于磁磁场的的轴匀匀速速转动时产生生的的交交流流电是是正弦式交正弦式交变电流流( )3交交变电流流的的瞬瞬时值表表达达式式与与开开始始计时的的位位置置无无关关( )预习完完成成后后，请把把你你认为难以以解解决决的的问题记录在在下下面面的表格中的表格中问题1问题2问题3问题4学生分学生分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，破解疑难分层设问，破解疑难1正正弦弦式式交交变电流流有有什什么么特特点点？试探探究究产生生正正弦弦式式交交变电流的条件？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
5、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，线线圈中就产生正弦式交变电流圈中就产生正弦式交变电流2试探探究究分分析析线圈圈位位于于中中性性面面位位置置时，穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量、磁磁通通量量的的变化化率率、感感应电动势、感感应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，磁磁通通量量的的变变化化率率为为零零，感感应应电电动动势势、感感应应电电流流均均为为零零3试探探究究分分析析线圈圈位位于于垂垂直直于于中中性性面面位位置置时，穿穿过线圈圈的的磁磁通通量量、磁磁通
6、通量量的的变化化率率、感感应电动势、感感应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、感感应应电流最大电流最大第第2步步结论自我总结，素能培养自我总结，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示示位置位置线圈平面与磁圈平面与磁场垂直垂直线圈平面与磁圈平面与磁场平行平行磁通量磁通量最大最大零零磁通量磁通量变化率化率零零最大最大感感应电动势零零最大最大感感应电流
7、流零零最大最大电流方向流方向改改变不不变第第3步例步例证典例印证，思维深化典例印证，思维深化图图512(2014保保定定高高二二检检测测)如如图512所所示示，一一矩矩形形闭合合线圈圈在在匀匀强强磁磁场中中绕垂垂直直于于磁磁场方方向向的的转轴OO以以恒恒定定的的角角速速度度转动，从，从线圈平面与磁圈平面与磁场方向平行方向平行时开始开始计时， A线圈中的感圈中的感应电流一直在减小流一直在减小B线圈中的感圈中的感应电流先增大后减小流先增大后减小C穿穿过线圈的磁通量一直在减小圈的磁通量一直在减小D穿穿过线圈的磁通量的圈的磁通量的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
8、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通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大第第4步巧步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1(2014兰兰州州一一中中高高二二检检测测)如如图513所所示示为演演示示交交变电流流产生的装置生的装置图，关于，关于这个个实验，正确的，正确的说法是法是()图图513A线圈每圈每转动一周，指一
9、周，指针左右左右摆动两次两次B图示位置示位置为中性面，中性面，线圈中无感圈中无感应电流流C图示位置示位置ab边的感的感应电流方向流方向为abD线圈平面与磁圈平面与磁场方向平行方向平行时，磁通量，磁通量变化率化率为零零【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
10、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，磁通量为零，但磁通量的变化率最大时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大【答案】【答案】C2(多多选)如如图514所所示示，一一面面积为S的的单匝匝矩矩形形线圈圈处于有界磁于有界磁场中，能在中，能在线圈中圈中产生交生交变电流的是流的是() 514A将将线圈水平向右匀速拉出磁圈水平向右匀速拉出磁场B使使线圈以圈以OO为轴匀速匀速转动C使使
11、线圈以圈以ab为轴匀速匀速转动D磁磁场以以BB0sin t规律律变化化【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，而而线线圈圈面面积积不不变变，则则磁磁通通量量也也发发生生周周期期性性变变化化，产产生交变电流生交变电流【答案】【答案】BCD学生分学生分组探究二探究二
12、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，破解疑难分层设问，破解疑难1从从不不同同位位置置开开始始计时，交交变电流流的的最最大大值和和瞬瞬时值是否相同？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相同的，瞬时值不同是相同的，瞬时值不同2线圈圈在在磁磁场中中转动，转至至如如图515位位置置时，哪哪些些边上上产生感生感应电动势？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步步结论自我总结，素能培养自我总结，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若若线圈圈平平面
13、面从从中中性性面面开开始始转动，如如图516所所示示，则经过时间t：上上面面各各式式中中的的e、i、u仅限限于于从从中中性性面面开开始始计时的的情情况况若若从从垂垂直直于于中中性性面面(即即从从线圈圈平平面面与与磁磁场平平行行时)开开始始计时，则上述表达式上述表达式应为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及转动轴的位置无关状及转动轴的位置无关2理理解解交交
14、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步例步例证典例印证，思维深化典例印证，思维深化图图517有有一一个个10匝匝正正方方形形线框框，边长为20 cm，线框框总电阻阻为1 ，线框框绕OO轴以以10 rad/s的的角角速速度度匀匀速速转动，如如图517所所示示，垂垂直直于于线框框平平面面向向里里的的匀匀强强磁磁场的的磁磁感感应强强度度为0.5 T问：(1)该线框
15、框产生生的的交交变电流流电动势最最大大值、电流流最最大大值分分别是多少？是多少？(2)线框框从从图示示位位置置转过60时，感感应电动势的的瞬瞬时值是多大？是多大？(3)写出感写出感应电动势随随时间变化的表达式化的表达式(2)线框转过线框转过60时，感应电动势时，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达式为表达式为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
16、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步巧步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化图图5181如如图518所所示示，边长为a的的单匝匝正正方方形形线圈圈在在磁磁感感应强强度度为B的的匀匀强强磁磁场中中，以以OO边为轴匀匀速速转动，角角速速度度为，转轴与磁与磁场方向垂直，方向垂直
17、，线圈圈电阻阻为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势势和和感感应应电电流流的的平平均均值分别为值分别为(1)感感应电动势的最大的最大值；(2)线框框转动的角速度的大小；的角速度的大小；(3)线框中感框中感应电动势的瞬的瞬时值表达式表达式【解解析析】计计时时起起点点为为中中性性面面，因因此此交交变变电电流流的的瞬瞬时时值表达式值表达式eEmsin t.将已知条件代入得到将
18、已知条件代入得到【答案】【答案】(1)Em100 V(2)10 rad/s(3)e100sin(10t) V交变电流图象问题的应用交变电流图象问题的应用正正弦弦式式交交变变电电流流随随时时间间变变化化情情况况可可以以从从图图象象上上表表示示出出来来，图图象象描描述述的的是是交交变变电电流流随随时时间间变变化化的的规规律律，它它是是一一条条正弦曲线如图正弦曲线如图519所示所示从从图象中可以解象中可以解读到以下信息：到以下信息：1交交变电流的最大流的最大值Im、Em，周期，周期T.2因因线圈圈在在中中性性面面时感感应电动势、感感应电流流均均为零零，磁通量最大，所以可确定磁通量最大，所以可确定线圈
19、位于中性面的圈位于中性面的时刻刻3找出找出线圈平行于磁感圈平行于磁感线的的时刻刻4判断判断线圈中磁通量的圈中磁通量的变化情况化情况5分析判断分析判断i、e随随时间的的变化化规律律(多多选)(2013山山东东高高考考改改编编)图5110甲甲是是小小型型交交流流发电机机的的示示意意图，两两磁磁极极N、S间的的磁磁场可可视为水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场，为交交流流电流流表表线圈圈绕垂垂直直于于磁磁场的的水水平平轴OO沿沿逆逆时针方方向向匀匀速速转动，从从图示示位位置置开开始始计时，产生生的的交交变电流流随随时间变化化的的图象象如如图5110乙乙所所示示以以下下判判断断正正确确的是的是()A通通
20、过电阻阻R的的电流的最大流的最大值为10 AB线圈圈转动的角速度的角速度为50 rad/sC0.01 s时线圈平面与磁圈平面与磁场方向平行方向平行D0.02 s时电阻阻R中中电流的方向自右向左流的方向自右向左【答案】【答案】AC先看名师指津先看名师指津 1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，开开始始计计时时时时线线圈所处的位置不同，得到的圈所处的位置不同，得到的it或或et图象也就不同；图象也就不同；2分分析析有有关关交交变变电电流流的的图图象象问问题题时时，要要注注意意从从图图象象中中找出两个特殊位置所对的时刻找出两个特殊位置所对的时刻 再演练应用再演练应用(多多选)(2014锦锦州州高高二二期期末末)一一个个矩矩形形线圈圈在在匀匀强强磁磁场中中绕垂直于磁感垂直于磁感线的的轴匀速匀速转动，穿，穿过线圈的磁通量随圈的磁通量随时间变化化的的图象象如如图5111所所示示，则下下列列说法法中中正正确确的是的是()图图5111At0.01 s时刻刻的的变化率达最大化率达最大Bt0.02 s时刻感刻感应电动势达到最大达到最大Ct0.03 s时刻感刻感应电动势为零零D每当每当变换方向方向时，线圈中的感圈中的感应电动势都都为最大最大【答案】【答案】AD
