2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流3.1交变电流(2)课件

1交变电流\n1.基本知识(1)恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流,称为．(2)交变电流①定义：大小和方向都随时间做变化的电流,称为,简称．②正弦交流电：电流随时间按变化的交变电流．交变电流恒定电流周期性交变电流交流电正弦函数规律\n2．思考判断(1)交变电流即指的是正弦交流电．(×)(2)恒定电流是直流电．(√)(3)电流方向做周期性变化的电流就为交变电流．(√)3．探究交流交变电流的大小是否一定变化？它与直流电的最大区别是什么？【提示】交变电流的大小不一定变化,如方形波电流,它与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化．\n1.基本知识(1)产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴转动时,线圈中产生的感应电流就是正弦交流电．正弦交变电流的产生及表述匀速\n(2)描述(3)最大值表达式：Em＝.NBSω\n2．思考判断(1)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流．(×)(2)正弦交变电流的函数形式与计时起点有关．(√)\n3．探究交流如图2－1－1所示是线圈平面和磁场方向垂直的位置,即中性面位置,在此位置磁通量最大．在此位置为何线圈的电动势为零,感应电流为零？图2－1－1【提示】因为线圈a边和d边线速度方向与磁场方向平行,不切割磁感线,故电动势为零,感应电流为零．\n【问题导思】1．什么方法可以产生交变电流？2．电路中通入交变电流时,导体中的自由电荷做怎样的定向移动？交变电流的产生过程\n1．产生在匀强磁场中,绕垂直磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流,实验装置如图2－1－2所示．图2－1－2\n2．过程分析如图2－1－3所示图2－1－3\n线圈由甲位置转到乙位置过程中,电流方向为b→a→d→c.线圈由乙位置转到丙位置过程中,电流方向为b→a→d→c.线圈由丙位置转到丁位置过程中,电流方向为a→b→c→d.线圈由丁位置转到甲位置过程中,电流方向为a→b→c→d.\n3．两个特殊位置对比项目特点位置中性面中性面的垂面磁通量最大零磁通量变化率零最大感应电动势零最大线圈边缘切割磁感线的有效速度零最大感应电流零最大电流方向改变不变\n1．线圈每经过中性面一次,线圈中I感就要改变方向．线圈转一周,感应电流方向改变两次．2．线圈转到与中性面垂直即与磁感线平行的平面时磁通量为零,但磁通量的变化率最大,所以线圈的感应电动势、感应电流和线圈两端的电压都最大．\n矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动在线圈平面经过中性面瞬间()A．线圈平面与磁感线平行B．通过线圈的磁通量最大C．线圈中的感应电动势最大D．线圈中感应电流的方向改变【审题指导】解答本题时应注意以下两点：(1)线圈经过中性面时线圈平面与磁感线垂直．(2)线圈经过中性面时各边都不切割磁感线．\n【解析】在线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这样的位置叫做中性面．根据这一定义,线圈平面经过中性面瞬间,通过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势为零,此后,感应电流的方向发生改变．所以选项B、D正确．【答案】BD\n1．如图2－1－4所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个实验,正确的说法是()图2－1－4\nA．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．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD．线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零\n【解析】线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,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．线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则,ab边的感应电流方向为a→b；线圈平面与磁场方向平行时,ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这样认为,线圈处于竖直位置时,磁通量为零,但磁通量的变化率最大．【答案】C\n【问题导思】1．线圈在磁场中转动时产生的感应电动势与什么因素有关？2．如何计算多匝线圈不垂直切割磁感线时产生的感应电动势？交变电流的变化规律\n1．瞬时值表达式的推导图2－1－5\n\n\n\n1．不仅矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时产生正弦式交变电流,其他形状的线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时,产生的交变电流也是正弦式交变电流．2．线圈开始的位置不同时,只是正弦式交变电流表达式中正弦函数的角度不同,峰值和函数形式不变．3．正弦式交变电流电动势的峰值Em＝NBSω由线圈的匝数N、磁感应强度B、线圈的面积S及其转动的角速度ω确定．\n有一10匝正方形线框,边长为20cm,线框总电阻为1Ω,线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动,如图2－1－6,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T．问：图2－1－6\n(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60°时,感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式．【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)N＝10匝,线框相当于电源,没有外电路．(2)通过计时起点位置,判断三角函数规律．\n【答案】(1)6.28V6.28A(2)5.44V(3)e＝6.28sin10πtV\n确定正弦式交变电流瞬时值表达式的基本方法1．明确线圈从什么位置开始计时以确定瞬时值表达式正弦函数0时刻的角度．2．确定线圈转动的角速度、线圈的面积、匝数,从而确定感应电动势的最大值．3．根据e＝Emsinωt写出正弦式交变电流的表达式．\n2．如图2－1－7所示,匝数为100的圆形线圈绕与匀强磁场垂直的轴OO′以50r/s的转速转动,穿过线圈的最大磁通量为0.01Wb.从图示的位置开始计时,则线圈中感应电动势瞬时值的表达式为()A．e＝50sinωtVB．e＝314cos314tVC．e＝50cosωtVD．e＝314sin314tV图2－1－7\n【答案】B\n如图2－1－8(a)所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时如图(b)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正．四幅图中正确的是()综合解题方略——正弦交变电流的图像问题图2－1－8\n\n【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)矩形线圈转动特点和交变电流的产生原理．(2)计时起点,不是中性面,也不是与中性面垂直的位置．【答案】B\n从图像中可以得到的信息：1．交变电流的最大值Im、Em、周期T.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．3．找出线圈平行于磁感线的时刻．4．判断线圈中磁通量的变化情况．5．分析判断i、e随时间的变化规律．\n\n1．如图所示图像中不属于交流电的有()\n【解析】题图中A、B、C中e的大小和方向均做周期性变化,故它们属于交流电,D中e的大小变化方向不变,属直流电．【答案】D\n2．交变电流是()A．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流B．按正弦规律变化的电流C．大小随时间做周期性变化的电流D．方向随时间做周期性变化的电流\n【解析】矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流是交流电,但交流电不一定是匀速转动时产生的,故A错．按正弦规律变化的电流是交流电的一种,故B错．由交流电的定义,只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流,故C错、D对．【答案】D\n3．如图所示,哪些情况线圈中能产生交流电()\n【解析】图A转动时,磁通量总是为零,故不产生交流电,B、C、D三图转动时,磁通量发生变化,产生交变电流．【答案】BCD\n4．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速运动,线圈平面位于如图2－1－9甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是()甲乙图2－1－9\nA．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小【答案】B