人教版（2019）选择性必修 第二册 第三章 3.1 交变电流(共41张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）选择性必修 第二册 第三章 3.1 交变电流(共41张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-18 16:09:45 | ||
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文档简介
课件41张PPT。3.1 交变电流思考：恒定电流有什么特点？直流电(DC) ： 电流方向不随时间而改变恒定电流:大小和方向都不随时间 变化的电流.一、交变电流(AC)交变电流(交流):大小和方向都随时间做周期性变化的电流.交流发电机简介按下图所示进行实验演示二、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
我们将立体图转化为平面图来分析几个特殊的位置，推导出计算感应电动势和电流的公式. 特点： B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0没有边切割磁感应线(甲)参考：教材图3.1-3 甲中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面．特点：B∥S，φ=0，E最大，I最大，
感应电流方向b到aA（B）、D（C）边垂直切割磁感应线，(乙) 参考：教材图3.1-3 乙 B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
中性面(丙)参考：教材图3.1-3 丙B∥S，φ=0，E最大，I最大，
感应电流方向a到b(丁)参考：教材图3.1-3 丁(甲) (乙)(丙)(丁)E I ，
电流方向： .E , I , Φ .E I ，电流方向： .=0=0有最大值有最大值有最大值a —>b有最大值有最大值b—>aE , I , Φ .= 0= 0有最大值思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？
2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？
3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？
回答问题：4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？回答问题：线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？回答问题： 线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势为零．思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？回答问题： 线圈经过峰值面时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势最大．思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．回答问题：4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。 设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?eab=BL1vsinωt = BL1·1/2ωL2sinωt =1/2NBSsinωt此时整个线框中感应电动势多大?e=eab+ecd=NBSωsinωt若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，
e=NBSωsinωt，令Em=NBSω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。
根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时． 三、交流电的图像 四.交变电流的种类1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。3、交变电流的变化规律：
（1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 （2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值
i=Imsinωt Im=Em/R叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值 小结2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动巩固练习１、交变电流： 和 都随时间
做 的电流叫做交变电流．
电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦交流电．
２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生 ．
３、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都 不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做 ．线圈平面每经过 中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变 ．
大小方向周期性变化正弦规律感应电流中性面两次４、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 ．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为 ．
e= Emsinωti= (Em/R)·sinωt5. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。 6. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。
7、交流发电机有两种，即
和 ．其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 ．发电机转子是由 、 或其它动力机带动．旋转磁极式旋转电枢式转子定子水轮机蒸汽轮机8、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大D9、在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。解析：当线圈的转速增为2倍时，角速度变为两倍，即ω′=2ω，据交变电动势的峰值表达式Em=B·S·ω，因B、S不变，此时最大值
Em′=B·S·2ω=2Em。
现在的交变电动势的瞬时值表达式为：
e=Em′·sinω′t=2Emsin2ωt
该交变电动势随时间变化的图象如图所示。 10．如图所示各图线中表示交变流电的是 （ ）
BCDAC11．交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是 （ ）
A．电流将改变方向 B．磁场方向和线圈平面平行
C．线圈的磁通量最大 D．线圈产生的感应电动势最大D12．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交变电流，当线圈平面与磁感线方向垂直时穿过线圈的磁通量Φ与产生的感应电动势e的大小正确的是 （ ）
A．Φ最大，e最大
B．Φ最小，e最小
C．Φ最小，e最大
D．Φ最大，e最小C13．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是 （ ）
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．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次
D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次B14．一束带电粒子沿着通有交流电的螺线管中心轴射入管内，则粒子在管内的运动状态是（ ）
A．往复运动
B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动
D．匀速圆周运动B15．如图所示，一个位于xOy平面内的矩形线圈abcd，处在匀强磁场中，线圈的四个边分别与x、y轴平行，当线圈绕Ox轴匀速转动到与xOy平面重合时，线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a，并且电流最大.那么关于磁场方向及线圈转动方向（沿x轴负方向观察），下述说法中正确的是
A.磁场方向沿x轴正方向，线圈顺时针转动
B.磁场方向沿y轴正方向，线圈逆时针转动
C.磁场方向沿z轴正方向，线圈逆时针转动
D.磁场方向沿y轴正方向，线圈顺时针转动AC16．如图（a）所示，U形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以如图（b）所示的交流电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的作用时间是 （ ）
A．0~t1
B．t1~t2
C．t2~t3
D．t3~t417．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。ABCDA B DA18、 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )：
T1时刻通过线圈的磁通量为零；
T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；
每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 D19. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果线圈的频率f提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为( )：
A。e=EmSin2ωt B. e=2EmSin2ωt
C. e=2EmSin4ωt D. e=2EmSinωt B20、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/s。
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式。
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt
（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）
我们将立体图转化为平面图来分析几个特殊的位置，推导出计算感应电动势和电流的公式. 特点： B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0没有边切割磁感应线(甲)参考：教材图3.1-3 甲中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面．特点：B∥S，φ=0，E最大，I最大，
感应电流方向b到aA（B）、D（C）边垂直切割磁感应线，(乙) 参考：教材图3.1-3 乙 B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
中性面(丙)参考：教材图3.1-3 丙B∥S，φ=0，E最大，I最大，
感应电流方向a到b(丁)参考：教材图3.1-3 丁(甲) (乙)(丙)(丁)E I ，
电流方向： .E , I , Φ .E I ，电流方向： .=0=0有最大值有最大值有最大值a —>b有最大值有最大值b—>aE , I , Φ .= 0= 0有最大值思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？
2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？
3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？
回答问题：4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？回答问题：线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？回答问题： 线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势为零．思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？回答问题： 线圈经过峰值面时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势最大．思考： 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．回答问题：4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。 设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势多大?eab=BL1vsinωt = BL1·1/2ωL2sinωt =1/2NBSsinωt此时整个线框中感应电动势多大?e=eab+ecd=NBSωsinωt若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，
e=NBSωsinωt，令Em=NBSω，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。
根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值U=Umsinωt。成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时． 三、交流电的图像 四.交变电流的种类1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。3、交变电流的变化规律：
（1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 （2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值
i=Imsinωt Im=Em/R叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值 小结2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动巩固练习１、交变电流： 和 都随时间
做 的电流叫做交变电流．
电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦交流电．
２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生 ．
３、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都 不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做 ．线圈平面每经过 中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变 ．
大小方向周期性变化正弦规律感应电流中性面两次４、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 ．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为 ．
e= Emsinωti= (Em/R)·sinωt5. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。 6. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。
7、交流发电机有两种，即
和 ．其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 ．发电机转子是由 、 或其它动力机带动．旋转磁极式旋转电枢式转子定子水轮机蒸汽轮机8、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是 （ ）
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大D9、在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsinωt。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。解析：当线圈的转速增为2倍时，角速度变为两倍，即ω′=2ω，据交变电动势的峰值表达式Em=B·S·ω，因B、S不变，此时最大值
Em′=B·S·2ω=2Em。
现在的交变电动势的瞬时值表达式为：
e=Em′·sinω′t=2Emsin2ωt
该交变电动势随时间变化的图象如图所示。 10．如图所示各图线中表示交变流电的是 （ ）
BCDAC11．交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是 （ ）
A．电流将改变方向 B．磁场方向和线圈平面平行
C．线圈的磁通量最大 D．线圈产生的感应电动势最大D12．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交变电流，当线圈平面与磁感线方向垂直时穿过线圈的磁通量Φ与产生的感应电动势e的大小正确的是 （ ）
A．Φ最大，e最大
B．Φ最小，e最小
C．Φ最小，e最大
D．Φ最大，e最小C13．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是 （ ）
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．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次
D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次B14．一束带电粒子沿着通有交流电的螺线管中心轴射入管内，则粒子在管内的运动状态是（ ）
A．往复运动
B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动
D．匀速圆周运动B15．如图所示，一个位于xOy平面内的矩形线圈abcd，处在匀强磁场中，线圈的四个边分别与x、y轴平行，当线圈绕Ox轴匀速转动到与xOy平面重合时，线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a，并且电流最大.那么关于磁场方向及线圈转动方向（沿x轴负方向观察），下述说法中正确的是
A.磁场方向沿x轴正方向，线圈顺时针转动
B.磁场方向沿y轴正方向，线圈逆时针转动
C.磁场方向沿z轴正方向，线圈逆时针转动
D.磁场方向沿y轴正方向，线圈顺时针转动AC16．如图（a）所示，U形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以如图（b）所示的交流电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的作用时间是 （ ）
A．0~t1
B．t1~t2
C．t2~t3
D．t3~t417．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。ABCDA B DA18、 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )：
T1时刻通过线圈的磁通量为零；
T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；
T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；
每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 D19. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果线圈的频率f提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为( )：
A。e=EmSin2ωt B. e=2EmSin2ωt
C. e=2EmSin4ωt D. e=2EmSinωt B20、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/s。
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式。
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt
（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V
（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）