【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-2）：第二章 第一节　认识交变电流 第二节　交变电流的描述（31张ppt）

课件31张PPT。第一节　认识交变电流　
第二节　交变电流的描述交变电流1．知道交流电发电机的原理、理解中性面的特点．
2．理解交变电流的两种描述方法、掌握峰值与平均值的区别．1．____________和____________都随时间________变化的电流叫做交变电流，简称交流电．
2．交变电流是由__________产生的，交流发电机的最基本结构是________和__________．
1．强弱　方向　周期性
2．交流发电机　线圈　磁极3．下图是交流发电机的示意图．为了观察清楚，图中只画出了一匝线圈，它的ab边连在金属滑环K上，cd边连在滑环L上；两个滑环通过金属片做的电刷A、B和外电路相连，线圈沿逆时针方向转动．我们观察ab这段导线，根据右手定则可以判断，当线圈转到图乙位置时，电流______流动，而当线圈转到图丁位置时，则 ____流动；在图丙和图戊的位置，因为_____，电路中没有感应电流．线圈在不断转动，电路中的电流方向也就____．交变电流就是这样产生的．3．由a到b　由a到b　导线ab的运动方向和磁感线平行　不断改变4．____________________叫中性面．
5．正弦式交流电：按______________变化的交变电流叫正弦式电流．若N匝、面积为S的线圈以角速度ω转动，回路总电阻为R，从中性面开始计时，则有：
(1)瞬时电动势的表达式：e＝Emsinωt或 　________
e表示交流电的__________，Em表示交流电的__________，ω表示交流电的__________．
(2)瞬时电流的表达式：__________4．线圈垂直磁场方向的平面
5．正弦式规律　(1)e＝NBSωsinωt　瞬时值　最大值　角速度　(2)i＝考点一　交流电的产生1．交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流．而大小和方向都不变的电流叫直流电．大小不变方向改变的电流也叫交流电．交变电流的典型特征是电流方向变化，其大小可能不变．右图是交流电．2．产生交变电流的原理：如下图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO′转动时的截面图，ab和cd两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)．图①时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；图②时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；图③同图①；图④中电流从a端流出，图⑤同图①，这说明电流方向发生了变化．注意：线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)．由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次到达最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线的位置叫做中性面．
3．中性面的性质特点：
①磁通量最大；②电流、电压为零；③每经过一次中性面电流(电压)改变一次方向 . 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动(　　)
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大
B．在中性面时，感应电动势为零
C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零
D．线圈每通过一次中性面，电流方向改变一次
解析：中性面是线圈在磁场中运动但不产生感应电动势的位置，是线圈的每一条边都不切割磁感线的位置，必定是线圈平面与磁感线垂直的位置，是穿过线圈的磁通量最大的位置．
答案：ABD考点二　交流电的两种描述 1．用函数表达式描述：
根据上图知，ab和cd边切割磁感线的速度均为vsinωt，对应的感应电动势均为BLvsinωt，此时整个线圈的感应电动势为e＝2BLv sinωt或e＝Emsinωt.
注意：(1)Em＝2BLv为最大值，
也叫电动势的峰值．
(2)e＝Emsinωt，交变电流按正
弦规律变化，这种电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流．此式表示形式仅限于自中性面开始计时的情况，当从垂直于中性面位置开始计时时，表达式为e＝Emcosωt，这种表达形式是交变电流的瞬时值的表达式．(3)交变电流的最大值Em＝2BLv，当线框abcd绕中心轴线匀速转动时，设角速度为ω，则v＝ ω，线圈的面积S＝LadLab，所以Em＝BSω，如果线圈匝数为N，则Em＝NBSω，故交变电动势的最大值由线圈匝数N、磁感应强度B，转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．
(4)若线圈给外电阻R供电，设线框本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得： ，
即写成：i＝Imsinωt，R两端电压写成：u＝Um sinωt 交流发电机在工作时电动势为e＝ Emsinωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其它条件不变，则电动势为(　　)
A．e'＝Emsin　　　　B．e'＝2Emsin
C．e‘＝Emsin2ωt D．e’＝ sin2ωt
解析：交变电流的瞬时值表达式：e＝Emsinωt，而Em＝NBSω，当ω加倍而S减半时，Em不变，故选C.
答案：C练习1．矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电动势表达式e＝311sin 314t(V)，已知线圈匝数是100，面积为0.02 m2，则匀强磁场的磁感应强度B是多少？当线圈从中性面开始转动 时，电动势的瞬时值是多少？解析：从e＝311sin314t(V)可知：
ω＝314 rad/s，Em＝311 V，
由Em＝NBSω
可得：
当θ＝ 时，电动势的瞬时值为：
e＝311sin314t＝311sin ＝220 V 2．用图象描述
正弦交变电流随时间的变化情
况可以用图象表示出来，图象描述
的是交变电流随时间变化的规律，
它是一条正弦曲线，如图所示，从
图中我们可以找出正弦交变电流的最大值Im，周期T，也可以根据线圈在中性面时的感应电动势e为零，感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点找出线圈旋转到中性面的时刻．也可以根据线圈转至平行于磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行于磁感线的时刻；线圈中磁通量为零时在t1时刻和t3时刻，感应电动势最大和感应电流最大的时刻是t1时刻和t3时刻． 某正弦交流电的图象如图所示，则由图象可知（ ）
A．该交流电的频率为0.02 Hz
B．该交流电的最大值为14.14 A
C．该交流电的瞬时值表达式为i＝20sin(100πt)
D．在t＝T/4时刻，该交流的大小为零
解析：周期为0.02 s，频率为50 Hz，故A错；当t＝T/4时刻，最大电流为20 A，故B、D错．
答案：C 2．下图为演示交变电流产生的实验装置图，关于这个实验，下面说法中正确的是(　　)
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．逆时针转过图示位置时，
ab边的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，
磁通量变化率为零练习解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流方向改变两次，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面，图示位置不是中性面；故B也不对；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向有a→b；线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大．
答案：C考点三　线圈转动过程中的平均电动势线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末位置两个时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即： ，同理，计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量，也必须用平均值，即：
如图所示，匀强磁场B＝0.01 T，所用矩形线圈的匝数N＝100匝，边长ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝314 rad/s绕OO′轴匀速转动，当线圈平面通过中性面时开始计时，求由t＝0至t＝ 过程中的平均电动势值．解析：用E＝N 计算，t＝0至t＝ 过程中的平均电动势
即E＝ NBSω 代入数值得：E＝200 V答案：200V区分交变电流中的电流、电压与磁通量及磁通量变化率的关系的方法：
1．结合中性面的特点来记忆：①磁通量最大；②电流、电压为零；
2．结合电磁感应定律来分析：E＝ n
3．从发电机的原理出发：E＝2BLvsinωt(从中性面开始计时)ωt＝0时E＝0，ωt＝ 时E最大，故在中性面时磁通量最大，电流、电压为零，此时磁通量变化率也为零；在垂直中性面的平面上，磁通量为零(最小)，电流、电压最大，此时磁通量的变化率也最大． 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是(　　)
A．在t1时刻穿过线圈
的磁通量达到峰值
B．在t2时刻穿过线圈
的磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
D. 在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值解析：从题图中可知，t1时刻线圈中感应电动势达到峰值，磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，线圈平面与磁感线平行．t2时刻感应电动势等于零，磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值，t3时刻感应电动势达到峰值，线圈中的磁通量变化率达到峰值．
答案：BC1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是(　　)
A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变
B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次
C．线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次
D．线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都要改变一次
解析：理解交变电流产生的过程和中性面的特点是解题的关键．
答案：C5．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　　)
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框掠过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零解析：线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，不切割磁感线，所以电动势等于零，感应电流的方向也就在此时刻变化．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D选项正确．
答案：CD祝您学业有成