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1、第一节交变电流的产生和变化规律第一节交变电流的产生和变化规律 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一节第一节课前自主学案课前自主学案目标概览目标概览目标概览目标概览学学习习目目标标：1.知道什么是交知道什么是交变电变电流流2理解交理解交变电变电流的流的产产生及生及变变化化规规律律3了解正弦交流了解正弦交流电电的的图图象和三角函数表达式象和三角函数表达式重重点点难难点点：1.交交变变电电流流产产生生的的物物理理过过程程的的分分析析及及中性面的特点中性面的特点2交交变电变电流流产产生的物理生的物理过过程的分析及程的分析及图图象的表达象的表达课前自主学案课前自主
2、学案一、交一、交变电变电流的流的产产生生1交交变变电电流流：大大小小和和方方向向都都随随时时间间做做_变变化的化的电电流叫交流叫交变电变电流，流，简简称交流称交流2实实验验装装置置：如如图图1711甲甲所所示示，当当磁磁场场中中的的线线圈圈转转动动时时，流流过过电电流流表表的的电电流流方方向向就就会会发发生生改改变变，产产生交生交变电变电流流3过过程分析：具体分析可从程分析：具体分析可从图图中看出，在中看出，在图图甲所甲所示位置示位置时时，线线圈中无圈中无电电流；流；周期性周期性图图1711在在线线圈圈由由图图甲甲所所示示位位置置转转到到图图乙乙所所示示位位置置的的过过程程中，中，AB边边中中
3、电电流流向流流向为为_；在在线线圈由圈由图图丙所示位置丙所示位置转转到到图图丁所示位置的丁所示位置的过过程程中，中，CD边边中中电电流方向流方向为为_；当；当线线圈圈转转到到图图乙和乙和图图丁所示位置丁所示位置时时，线线圈中的圈中的电电流流_从从B到到A从从C到到D最大最大二、交二、交变电变电流的流的图图象和象和变变化化规规律律1正弦交正弦交变电变电流的瞬流的瞬时值时值表达式表达式i_u_e_其中其中i、u、e分分别别表示表示电电流、流、电压电压、电动势电动势的的_，Im、Um、Em分分别别表示表示电电流、流、电压电压、电动势电动势的的_ImsintUmsintEmsint瞬时值瞬时值最大值最
4、大值2正弦交正弦交变电变电流的流的图图象：如象：如图图1712所示所示图图17123几种不同几种不同类类型的交型的交变电变电流流实实际际应应用用中中，交交变变电电流流有有不不同同的的变变化化规规律律，常常见见的有以下几种，如的有以下几种，如图图1713所示所示图图1713核心要点突破核心要点突破二、交二、交变电变电流的瞬流的瞬时值时值表达式的推表达式的推导导图图1714设线设线圈从中性面起圈从中性面起经时间经时间t转过转过角度角度，则则t，此，此时时两两边边ab、cd速度方向与磁感速度方向与磁感线线方向的方向的夹夹角角分分别为别为t和和(180t)，如，如图图1714所示，它所示，它们产们产生
5、的感生的感应电动势应电动势同向相加，整个同向相加，整个线线圈中的感圈中的感应电动势为应电动势为：此此时时加在加在电电路的某一段路的某一段电电阻阻R上的上的电压电压瞬瞬时值时值：uiRImRsintUmsint.特特别别提醒：提醒：求解交求解交变电动势变电动势瞬瞬时值时值的步的步骤骤：(1)确定确定线线圈圈转动转动是从哪个位置开始是从哪个位置开始计时计时(2)确定表达式是正弦确定表达式是正弦还还是余弦是余弦(3)确定确定转动转动的角速度的角速度及及N、B、S等等(4)求出峰求出峰值值Em，写出表达式，代入角度求瞬，写出表达式，代入角度求瞬时值时值三、三、对对正弦交正弦交变电变电流的流的图图象的理
6、解象的理解正正弦弦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，它是一条正弦曲它是一条正弦曲线线，如，如图图1715所示所示图图1715从从图图象中可以解象中可以解读读到以下信息：到以下信息：1交交变变电电流流的的电电流流最最大大值值Im、电电动动势势最最大大值值Em、周期周期T.2因因线线圈圈在在中中性性面面时时感感应应电电动动势势、感感应应电电流流均均为为零零，磁磁通通量量最最大大，所所以以可可确确定定线线圈圈位位于于中中性性面面的的时时刻刻3找出找出线线圈平行磁感圈平行磁感线
7、线的的时时刻刻4判断判断线线圈中磁通量的圈中磁通量的变变化情况化情况5分析判断分析判断i、e随随时间时间的的变变化化规规律律课堂互动讲练课堂互动讲练一矩形一矩形线线圈，圈，绕绕垂直于匀垂直于匀强强磁磁场场并位于并位于线线圈圈平面内的固定平面内的固定轴转动轴转动，线线圈中的感圈中的感应电动势应电动势e随随时时间间t的的变变化如化如图图1716所示，下列所示，下列说说法中正确的法中正确的是是()对交变电流的图象的理解对交变电流的图象的理解例例例例1 1图图1716At1时时刻通刻通过线过线圈的磁通量圈的磁通量为为零零Bt2时时刻通刻通过线过线圈的磁通量的圈的磁通量的绝对值绝对值最大最大Ct3时时刻
8、通刻通过线过线圈的磁通量圈的磁通量变变化率的化率的绝对值绝对值最大最大D每每当当e变变换换方方向向时时，通通过过线线圈圈的的磁磁通通量量的的绝绝对对值值都都为为最大最大【思路点思路点拨拨】解答本解答本题时应题时应注意把握以下三点：注意把握以下三点：(1)线线圈圈经经过过中中性性面面时时，磁磁通通量量最最大大但但磁磁通通量量变变化化率率为为零零(2)线线圈圈平平面面与与中中性性面面垂垂直直时时，磁磁通通量量为为零零，但但磁磁通量通量变变化率最大化率最大(3)线线圈中圈中产产生的感生的感应电动势应电动势与磁通量的与磁通量的变变化率成化率成正比正比【自自主主解解答答】t1、t3时时刻刻线线圈圈中中的
9、的感感应应电电动动势势e0，故故为为线线圈圈通通过过中中性性面面的的时时刻刻，线线圈圈的的磁磁通通量量为为最大，磁通量的最大，磁通量的变变化率化率为为零，故零，故A、C不不对对t2时时刻刻eEm，是是线线圈圈平平面面转转至至与与磁磁感感线线平平行行的的时时刻，磁通量刻，磁通量为为零，零，B也不也不对对每每当当e变变换换方方向向时时，也也就就是是线线圈圈通通过过中中性性面面的的时时刻刻，通通过线过线圈的磁通量的圈的磁通量的绝对值绝对值最大，所以最大，所以D正确正确【答案答案】D【点点评评】图图象象可可直直观观简简捷捷地地反反映映物物理理量量间间的的关关系，系，对对物理物理图图象的分析要点是：象的
10、分析要点是：一一看看：看看“轴轴”、看看“线线”、看看“斜斜率率”、看看“点点”二二变变：掌掌握握“图图与与图图”、“图图与与式式”和和“图图与与物物”之之间间的的对应对应关系关系三判：在此基三判：在此基础础上上进进行正确的分析、判断行正确的分析、判断变变式式训训练练1处处在在匀匀强强磁磁场场中中的的矩矩形形线线圈圈abcd，以以恒恒定定的的角角速速度度绕绕ab边边转转动动，磁磁场场方方向向平平行行于于纸纸面面并并与与ab垂垂直直在在t0时时刻刻，线线圈圈平平面面与与纸纸面面重重合合(如如图图1717甲甲)，线线圈圈的的cd边边离离开开纸纸面面向向外外运运动动若若规规定定由由abcda方方向向
11、的的感感应应电电流流为为正正，则则能能反反映映线线圈圈中中感感应应电电流流i随随时时间间t变变化化的的图图线线是是()图图1717解析：解析：选选C.由右手定由右手定则则或者楞次定律可以确定开或者楞次定律可以确定开始始时时刻感刻感应电应电流方向流方向为为cdabc跟跟规规定的定的正方向相同，而且正方向相同，而且该时该时刻感刻感应电应电流最大，故流最大，故选选C.错选错选的主要原因是方向判断不清和起始的主要原因是方向判断不清和起始时时刻的刻的电电流是最大流是最大还还是最小搞不清，是最小搞不清，说说明明对对中性面中性面这这个概个概念和法拉第念和法拉第电电磁感磁感应应定律理解不透定律理解不透如如图图
12、1718所示有一所示有一闭闭合的正方形合的正方形线线圈，圈，匝数匝数N100，边长为边长为10 cm，线线圈圈总电总电阻阻为为10 .线线圈圈绕绕OO轴轴在在B0.5 T的匀的匀强强磁磁场场中匀速中匀速转动转动，每分每分钟转钟转1500转转，求，求线线圈平面从圈平面从图图示位置示位置转过转过30角角时时，感，感应电动势应电动势的的值值是多少？是多少？交变电流的瞬时表达式交变电流的瞬时表达式例例例例2 2图图1718【解析解析】由由题给题给条件可知：条件可知：N100匝，匝，B0.5 T，f1500 r/min25 Hz，2f50 rad/s，S0.01 m2.所以感所以感应电动势应电动势的最大
13、的最大值为值为EmNBS1000.5500.01 V78.5 V，从从图图示位置示位置(即中性面位置即中性面位置)开始开始计时计时，产产生交生交变电变电动势动势的瞬的瞬时值时值表达式表达式为为eEmsint，所以，所以转过转过30角角时时的的电动势电动势【答案答案】39.3 V【点点评评】求解交求解交变电变电流瞬流瞬时值时时值时可分三步：可分三步：(1)确确立立线线圈圈从从哪哪个个位位置置开开始始计计时时，进进而而确确立立表表达达式是正弦式是正弦还还是余弦形式；是余弦形式；(2)识识记记EmnBS，解解题题中中可可直直接接代代入入，不不必必推推导导(3)按通式按通式eEmsint或或eEmco
14、st代入代入Em及及的具体数的具体数值值解析：解析：选选C.交交变电动势变电动势瞬瞬时值时值表达式表达式为为eEmsint，而，而EmNBS.当当加倍而加倍而S减半减半时时，Em不不变变，故，故C选项选项正确正确如如图图1719所示，匀所示，匀强强磁磁场场B0.1 T，所用矩形所用矩形线线圈的匝数圈的匝数n100匝，匝，边长边长ab0.2 m，bc0.5 m，以角速度，以角速度100 rad/s绕绕OO轴轴匀速匀速转动转动当当线线圈平面通圈平面通过过中性面中性面时时开始开始计时计时试试求：求：交变电流平均值的求法交变电流平均值的求法例例例例3 3图图1719【答案答案】(1)e314 sin100t V(2)200 V答案：答案：1102 C
