魯科版 物理 選修3-2 3.2 交變電流是怎樣產(chǎn)生的

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第2節(jié)交變電流是怎樣產(chǎn)生的 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解交變電流的產(chǎn)生原理 掌握中性面的特點 2 掌握交變電流的變化規(guī)律 熟悉正弦交變電流的瞬時值表達(dá)式和圖象 3 學(xué)會靈活運用正弦交變電流的圖象和三角函數(shù)表達(dá)式解決問題 重點難點 1 交變電流的原理及其規(guī)律 2 交變電流圖象的分析及應(yīng)用 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第2節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 交流發(fā)電機(jī)1 原理 由法拉第 可知 只要通過閉合導(dǎo)體的 發(fā)生變化 就可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和 2 構(gòu)造 發(fā)電機(jī)主要由 電樞 和 兩部分組成 3 種類 電磁感應(yīng)定律 磁通量 線圈 感應(yīng)電流 磁極 磁極 電樞 電樞 磁極 二 交變電流的產(chǎn)生原理1 產(chǎn)生方法 閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞 于磁場的軸勻速 2 過程分析圖3 2 13 中性面 線圈平面與磁場 的位置 垂直 轉(zhuǎn)動 垂直 思考感悟線圈轉(zhuǎn)一周有幾次經(jīng)過中性面 電流方向改變幾次 提示 線圈每轉(zhuǎn)一周 兩次經(jīng)過中性面位置 每經(jīng)過中性面位置時 電流方向改變 所以線圈每轉(zhuǎn)一周 電流方向改變兩次 三 交變電流的變化規(guī)律1 正弦式交變電流 按 規(guī)律變化的交變電流 2 函數(shù)和圖象 正弦 注 表達(dá)式中Em Um Im分別是電動勢 電壓和電流的最大值 而e u i則是這幾個量的瞬時值 核心要點突破 一 交變電流的產(chǎn)生原理1 典型模型 在勻強(qiáng)磁場中 繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動的線圈里產(chǎn)生的是交變電流 實驗裝置如圖3 2 2所示 圖3 2 2 2 過程分析 如圖3 2 3所示 圖甲中 導(dǎo)體不切割磁感線 線圈中無感應(yīng)電流 圖乙中 導(dǎo)體AB CD垂直切割磁感線 線圈中感應(yīng)電流最大 且電流方向為B A D C B 圖丙中 導(dǎo)體又不切割磁感線 線圈中無感應(yīng)電流 圖丁中 導(dǎo)體AB CD又垂直切割磁感線 線圈中感應(yīng)電流最大 且電流方向為A B C D A 由丁圖再轉(zhuǎn)動又回到甲圖 如此循環(huán)周而復(fù)始 圖3 2 3 S表示線圈的面積 S L1L2 上式可以寫成 e Emsin t 其中Em是感應(yīng)電動勢的最大值 也叫峰值 感應(yīng)電動勢按正弦規(guī)律變化 因此這種交變電流叫做正弦交流電 若從最大值位置計時 可以推導(dǎo)出感應(yīng)電動勢的余弦表達(dá)式 圖3 2 4 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 2011年溫州高二檢測 一個矩形線圈abcd 已知ab為L1 ad為L2 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO 軸以角速度 從圖3 2 5中位置開始 勻速轉(zhuǎn)動 則線圈中感應(yīng)電動勢的大小為 圖3 2 5 二 交變電流的 四值 的比較 特別提醒 產(chǎn)生正弦交流電的條件 勻強(qiáng)磁場 轉(zhuǎn)軸與磁場垂直 線圈勻速轉(zhuǎn)動 與轉(zhuǎn)軸位置和線圈形狀無關(guān) 因此 在圖3 2 6中 只要線圈的匝數(shù)n 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 轉(zhuǎn)動角速度 和線圈面積S一定 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值Em也就確定了 Em nBS 圖3 2 6 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 如圖3 2 7所示 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 有一匝數(shù)為N的矩形線圈 其面積為S 電阻為r 線圈兩端外接一電阻為R的用電器和一個交流電壓表 若線圈繞對稱軸OO 以角速度 做勻速轉(zhuǎn)動 則線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90 的過程中 下列說法正確的是 圖3 2 7 三 正弦交變電流的圖象及特殊位置的特點1 用圖象描述交變電流的變化規(guī)律 在中性面時t 0 2 圖象中可以解讀的信息 1 交變電流的最大值Im Em 周期T 2 因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流均為零 磁通量最大 所以可確定線圈位于中性面的時刻 3 找出線圈平行于磁感線的時刻 4 判斷線圈中磁通量的變化情況 5 分析判斷i e隨時間的變化規(guī)律 3 特殊位置 時刻 物理量的特點 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 3 一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動 穿過線圈的磁通量隨時間的變化圖象如圖3 2 8所示 則下列說法中 不正確的是 圖3 2 8 A t 0時刻 線圈平面位于中性面B t 0 01s時刻 穿過線圈平面的磁通量的變化率最大C t 0 02s時刻 線圈中有最大感應(yīng)電動勢D t 0 03s時刻 線圈中有最大感應(yīng)電流 解析 選A 在產(chǎn)生正弦交流電的過程中 穿過線圈的磁通量 最大時 即在中性面時 感應(yīng)電動勢最小 為零 反之 當(dāng)穿過線圈的磁通量最小時 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流卻最大 由圖可知 t 0時 0 線圈平面與中性面垂直 t 0 01s時 0 感應(yīng)電動勢最大 即穿過線圈平面的磁通量變化率最大 t 0 02s時 0 感應(yīng)電動勢最大 t 0 03s與t 0 01s時的感應(yīng)電流相等 都為最大值 課堂互動講練 在交變電流的產(chǎn)生實驗中 關(guān)于中性面 下列說法不正確的是 A 此時線圈各邊都不切割磁感線 感應(yīng)電流等于零B 磁感線垂直于該時刻的線圈平面 所以磁通量最大 磁通量的變化率最大C 線圈平面每次經(jīng)過中性面時 感應(yīng)電流的方向一定會發(fā)生改變D 線圈平面處于跟中性面垂直的位置時 磁通量的變化率最大 感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流均最大 電流方向不變 答案 B 圖3 2 9 答案 1 e 50sin10 tV 2 43 3V 方法總結(jié) 交變電流瞬時表達(dá)式問題的破解程序 觀察線圈的轉(zhuǎn)動軸是否與磁感線垂直 從中性面開始計時 電動勢是按正弦規(guī)律變化 從線圈轉(zhuǎn)到與磁感線平行時開始計時 電動勢是按余弦規(guī)律變化 計算電動勢最大值和角速度 寫出電動勢的瞬時表達(dá)式 2010年高考廣東理綜卷改編 如圖3 2 10是某種正弦式交變電壓的波形圖 由圖可確定該電壓的 圖3 2 10 A 周期是0 01sB 最大值是311VC 有效值是311VD 表達(dá)式為u 220sin100 t V 答案 B 變式訓(xùn)練一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時 產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖3 2 11所示 則 圖3 2 11 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全