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1、第第2节交变电流是怎样产生的节交变电流是怎样产生的课标定位定位学习目标：学习目标：1.理解交变电流的产生原理，掌握中性理解交变电流的产生原理，掌握中性面的特点面的特点2掌握交变电流的变化规律，熟悉正弦交变电流的掌握交变电流的变化规律，熟悉正弦交变电流的瞬时值表达式和图象瞬时值表达式和图象3学会灵活运用正弦交变电流的图象和三角函数表学会灵活运用正弦交变电流的图象和三角函数表达式解决问题达式解决问题重点难点：重点难点：1.交变电流的原理及其规律交变电流的原理及其规律2交变电流图象的分析及应用交变电流图象的分析及应用 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第2 2
2、节节课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、交流发电机一、交流发电机1原理：由法拉第原理：由法拉第_可知，只要通过可知，只要通过闭合导体的闭合导体的_发生变化，就可以产生感应电发生变化，就可以产生感应电动势和动势和_2构造：发电机主要由构造：发电机主要由_ (电枢电枢)和和_两部分两部分组成组成3种类种类电磁感应定律电磁感应定律磁通量磁通量线圈线圈感应电流感应电流磁极磁极磁极磁极电枢电枢电枢电枢磁极磁极二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理1产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕产生方法：闭合线圈在匀强磁场中绕_于磁场的轴匀速于磁场的轴匀速_2过程分析过程分析图图3213中性面：线
3、圈平面与磁场中性面：线圈平面与磁场_的位置的位置垂直垂直转动转动垂直垂直思考感悟思考感悟线圈转一周有几次经过中性面？电流方向线圈转一周有几次经过中性面？电流方向改变几次？改变几次？提示：提示：线圈每转一周，两次经过中性面位线圈每转一周，两次经过中性面位置，每经过中性面位置时，电流方向改变，置，每经过中性面位置时，电流方向改变，所以线圈每转一周，电流方向改变两次所以线圈每转一周，电流方向改变两次三、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：按正弦式交变电流：按_规律变化的交规律变化的交变电流变电流2函数和图象函数和图象函数函数图象象瞬瞬时电动势：eEmsint瞬瞬时电压：uUms
4、int瞬瞬时电流：流：iImsint正弦正弦注注：表表达达式式中中Em、Um、Im分分别别是是电电动动势势、电电压压和和电电流流的的最最大大值值，而而e、u、i则则是是这这几几个个量量的瞬时值的瞬时值核心要点突破核心要点突破一、交变电流的产生原理一、交变电流的产生原理1典型模型：在匀强磁场中，绕垂直于磁场典型模型：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实验装置如图322所示所示图图3222过程分析：如图过程分析：如图323所示，图甲中，导体所示，图甲中，导体不切割磁感线，线圈中无感应电流；图乙中，导不切割磁感线，线
5、圈中无感应电流；图乙中，导体体AB、CD垂直切割磁感线，线圈中感应电流最垂直切割磁感线，线圈中感应电流最大，且电流方向为大，且电流方向为BADCB；图丙中，；图丙中，导体又不切割磁感线，线圈中无感应电流；图丁导体又不切割磁感线，线圈中无感应电流；图丁中，导体中，导体AB，CD又垂直切割磁感线，线圈中感又垂直切割磁感线，线圈中感应电流最大，且电流方向为应电流最大，且电流方向为ABCDA；由丁图再转动又回到甲图，如此循环周而复始由丁图再转动又回到甲图，如此循环周而复始图图323S表示线圈的面积，表示线圈的面积，SL1L2.上式可以写成：上式可以写成：eEmsin t.其中其中Em是感应电动势的最大
6、值，是感应电动势的最大值，也叫峰值也叫峰值感应电动势按正弦规律变化，因此这种交变感应电动势按正弦规律变化，因此这种交变电流叫做正弦交流电若从最大值位置计时，电流叫做正弦交流电若从最大值位置计时，可以推导出感应电动势的余弦表达式可以推导出感应电动势的余弦表达式图图324即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1(2011年温州高二检测年温州高二检测)一个矩形线圈一个矩形线圈abcd，已，已知知ab为为L1，ad为为L2，在磁感应强度为，在磁感应强度为B的匀强磁的匀强磁场中绕场中绕OO轴以角速度轴以角速度(从图从图325中位置开始中位置开始)匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为匀速
7、转动，则线圈中感应电动势的大小为()图图325二、交变电流的二、交变电流的“四值四值”的比较的比较特别提醒：特别提醒：产生正弦交流电的条件：匀强产生正弦交流电的条件：匀强磁场、转轴与磁场垂直、线圈匀速转动与磁场、转轴与磁场垂直、线圈匀速转动与转轴位置和线圈形状无关因此，在图转轴位置和线圈形状无关因此，在图326中，只要线圈的匝数中，只要线圈的匝数n、磁感应强度、磁感应强度B、转、转动角速度动角速度和线圈面积和线圈面积S一定，产生的感应电一定，产生的感应电动势的最大值动势的最大值Em也就确定了也就确定了(EmnBS)图图326即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2如图如图32
8、7所示，在磁感应强度为所示，在磁感应强度为B的匀强的匀强磁场中，有一匝数为磁场中，有一匝数为N的矩形线圈，其面积为的矩形线圈，其面积为S，电阻为，电阻为r，线圈两端外接一电阻为，线圈两端外接一电阻为R的用电器的用电器和一个交流电压表若线圈绕对称轴和一个交流电压表若线圈绕对称轴OO以角速以角速度度做匀速转动，则线圈从图示位置转过做匀速转动，则线圈从图示位置转过90的的过程中，下列说法正确的是过程中，下列说法正确的是()图图327三、正弦交变电流的图象及特殊位置的特点三、正弦交变电流的图象及特殊位置的特点1用图象描述交变电流的变化规律用图象描述交变电流的变化规律(在中性面在中性面时时t0)函数函数
9、图象图象说明说明磁通量磁通量mcostBScostS为线圈的面圈的面积，n为线圈的匝数，圈的匝数，r为线圈的圈的电阻阻(内阻内阻)，R为外外电阻阻电动势电动势eEmsintnBSsint电压电压uUmsintsint电流电流iImsintsint2图象中可以解读的信息图象中可以解读的信息(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
10、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i、e随时间的变化规律随时间的变化规律3特殊位置特殊位置(时刻时刻)物理量的特点物理量的特点即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁一只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感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图象如图时间的变化图象如图328所示，则下列所示，则下列说法中，不正确的是说法中，不正确的是()图图328At0时刻，线圈平面位于中性面时刻，线圈平面位于中性面Bt0.01 s时刻，穿过线圈平面的磁通量的时刻，穿过线圈平面的磁通量的
11、变化率最大变化率最大Ct0.02 s时刻，线圈中有最大感应电动势时刻，线圈中有最大感应电动势Dt0.03 s时刻，线圈中有最大感应电流时刻，线圈中有最大感应电流解解析析：选选A.在在产产生生正正弦弦交交流流电电的的过过程程中中，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大时时(即即在在中中性性面面时时)，感感应应电电动动势势最最小小，为为零零；反反之之，当当穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最小小时时，产产生生的的感感应应电电动动势势和和感感应应电电流流却却最最大大由由图图可可知知，t0时时，0，线线圈圈平平面面与与中中性性面面垂垂直直；t0.01 s时时，0，感感应应电电动动势势最最大大，即即穿
12、穿过过线线圈圈平平面面的的磁磁通通量量变变化化率率最最大大；t0.02 s时时，0，感感应应电电动动势势最最大大；t0.03 s与与t0.01 s时的感应电流相等，都为最大值时的感应电流相等，都为最大值课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一对中性面特点的认识对中性面特点的认识 在交变电流的产生实验中，关于中性面，下列在交变电流的产生实验中，关于中性面，下列说法不正确的是说法不正确的是()A此时线圈各边都不切割磁感线，感应电流等于零此时线圈各边都不切割磁感线，感应电流等于零B磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率最大大，磁通量的变化率
13、最大C线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变定会发生改变D线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变向不变例例例例1 1【答案答案】B类型二类型二交变电流瞬时值的计算交变电流瞬时值的计算例例例例2 2图图329【答案答案】(1)e50sin10t V(2)43.3 V【方法总结方法总结】交变电流瞬时表达式问题的破交变电流瞬时表达式问题的破解程序：解程序：观察线圈的转动轴是否与磁感线垂观察线圈的转动轴
14、是否与磁感线垂直；直；从中性面开始计时，电动势是按正弦规从中性面开始计时，电动势是按正弦规律变化；从线圈转到与磁感线平行时开始计时，律变化；从线圈转到与磁感线平行时开始计时，电动势是按余弦规律变化；电动势是按余弦规律变化；计算电动势最大计算电动势最大值和角速度值和角速度，写出电动势的瞬时表达式，写出电动势的瞬时表达式类型三类型三交变电流图象的理解及应用交变电流图象的理解及应用例例例例3 3 (2010年年高高考考广广东东理理综综卷卷改改编编)如如图图3210是是某某种种正正弦弦式式交交变变电电压压的的波波形形图图，由由图图可可确确定定该该电电压压的的()图图3210A周期是周期是0.01 sB最大值是最大值是311 VC有效值是有效值是311 VD表达式为表达式为u220sin100t(V)【答案答案】B变式训练变式训练一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图时，产生的交变电动势的图象如图3211所所示，则示，则()图图3211同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
