教科版_选修3-2_ 第二章 交变电流 _ 1. 交变电流课件35张PPT (1)

第二章
交变电流
目标定位
1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.
2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.
3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义.
学案1　交变电流
1.把图1所示电路接在干电池的两端时，
可以观察到什么现象？
一、交变电流
知识探究
问题设计
图1
答案　当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮.
2.把图1中电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？
答案　当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或的闪亮，原因是发电机产生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变.
要点提炼
1.大小和方向随时间作 变化的电流叫交变电流，简称
.
2. 不随时间变化的电流称为直流.
、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流 是否变化.
周期性
交流电
方向
大小
方向
二、正弦交变电流的产生和表述
如图2所示是线圈ABCD在磁场中绕轴OO′转动时的截面图.线圈平面从中性面开始转动，角速度为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.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，线圈转动角速度为ω，则：
问题设计
图2
(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？
答案　甲：eAB＝0
(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？
答案　整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生，
且eAB＝eCD，
所以甲：e＝0
乙：e＝eAB＋eCD＝BSω·sin ωt
丙：e＝BSω
(3)若线圈有N匝，则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？
答案　若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以
甲：e＝0
乙：e＝NBSωsin ωt
丙：e＝NBSω
1.正弦交变电流的产生
将闭合线圈置于 磁场中，并绕 方向的轴 转动.
2.正弦交变电动势瞬时值表达式
(1)当从中性面开始计时：e＝ ；
(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝ .
要点提炼
匀强
垂直磁场
匀速
Emsin ωt
Emcos ωt
3.正弦交变电动势的峰值表达式
Em＝
与线圈的形状及转动轴的位置 .(填“有关”或“无关”)
NSBω
无关
4.两个特殊位置
(1)中性面：线圈平面与磁场 .
Φ ， 为 ，e为 ，i为 .(填“0”或“最大”)
线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变，线圈转动一周，感应电流方向改变 次.
(2)垂直中性面：线圈平面与磁场 .
Φ为 ， ， e ，I .(填“0”或“最大”)
垂直
最大
0
0
0
两
平行
0
最大
最大
最大
5.正弦交变电流的图像及应用
或
从图像中可以解读到以下信息：
(1)交变电流的周期T、峰值Im.
(2)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中性面的时刻；也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻.
(3)判断线圈中磁通量Φ最小、 最大的时刻及磁通量变化率最大、最小的时刻.
(4)分析判断i的大小和方向随时间的变化规律.
典例精析
一、交变电流的判断
例1　如图所示，属于交流电的是(　　)
解析　方向随时间作周期性变化是交变电流最重要的特征.A、B、D三项所示的电流大小随时间作周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电.C选项中电流的方向随时间作周期性变化，故选C.
答案　C
例2　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.每当线框经过中性面时，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
二、正弦交变电流的产生
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，即不切割磁感线，所以电动势等于零，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时变化.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
例3　有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，求：
图3
三、交变电流的规律
(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少；
解析　交变电流电动势的峰值为
Em＝2NBLv＝NBSω
＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V
答案　6.28 V　6.28 A
(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式；
解析　从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt≈6.28sin (10πt) V.
答案　e＝6.28sin (10πt) V
(3)线圈从中性面位置开始，转过30°时，感应电动势的瞬时值是多大.
解析　线圈从中性面位置开始转过30°时，感应电动势为
e＝Emsin 30°≈3.14 V.
答案　3.14 V
四、交变电流的图像
例4　线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生的交变电流的图像如图4所示，由图中信息可以判断(　　)
图4
A.在A和C时刻线圈处于中性面位置
B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C.从A～D线圈转过的角度为2π
D.若从O～D历时0.02 s，则在1 s内交变电
流的方向改变100次
解析　根据题图，首先判断出交变电流的瞬时值表达式i＝Imsin ωt.其中Im是交变电流的最大值，ω是线圈旋转的角速度.另外，应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈每旋转一周，两次经过中性面，经过中性面位置时电流改变方向.从题图可以看出，在O、B、D时刻电流为零，所以此时线圈恰好在中性面位置，且穿过线圈的磁通量最大；
在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；
课堂要点小结
自我检测
1.(交变电流的产生)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有(　　 )
BCD
2. (交变电流的规律)如图5所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，ad＝bc＝l1，ab＝cd＝l2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则(　　)
图5
答案　CD
解析　以O1O1′为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流.无论以OO′为轴还是以ab为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl1l2ω.由于是从与磁场平行的面开始计时，产生的是余弦交变电流，故C、D正确.
3.(交变电流的图像)单匝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时间变化的图像如图6甲所示，则下列说法中正确的是(　　)
图6
A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B.t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C.t＝0.02 s时刻，交变电动势达到最大
D.该线圈产生的相应交变电动势的图像如图乙所示
解析　由题图甲可知t＝0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面.t＝0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A项错误，B项正确.
t＝0.02 s时，交变电动势应为零，C、D项均错误.
答案　B
图7
(1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式.
解析　n＝300 r/min＝5 r/s，因为从中性面开始转动，并且求的是瞬时值，
故e＝Emsin ωt＝NBS·2πnsin (2πnt)＝50sin (10πt) V
答案　e＝50sin (10πt) V
答案　43.3 V
谢谢观看