2013年人教版物理选修3-2全册精品课件 第五章第一节

C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大
D．该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示
解析：选 B.t＝0 时 Φ 最大，线圈应在中性面位 置， 错； A t＝0.01 s 时， －t 图象的斜率最大， Φ ΔΦ 故 最大，B 正确；t＝0.02 s 时，Φ 最大，故 Δt e＝0，C 错；因 Φ－t 图象为余弦图象，故 e－t 图象应为正弦图象，D 错．
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第五章
交变电流
新知初探自主学习
一、交变电流
[自主探究] 图5－1－1中，A、B图象所描述的电流的共同 点是：电流的大小和方向都随时间做周期性 变化；C、D图象所描述的电流的共同点是： 方向 电流_________不随时间变化．
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第五章
交变电流
图5－1－1 成功发现 大小和方向 1．交变电流：_____________都随时间做周期性变化 的电流，称为交变电流，简称交流(AC)． 2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)．
解析：选C.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．
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交变电流
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,
第五章
交变电流
[经典案例]
(8分)如图5－1－11所示，匀强磁
场的磁感应强度B＝0.1 T，所用矩形线圈总电 阻为R＝100 Ω，线圈的匝数n＝100，边长lab ＝0.2 m，lbc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s 绕OO′轴匀速转动，试求当
线圈平面从图示位置(与中
性面垂直)转过90°的过程 中： 图5－1－11
场方向的轴_________转动，线圈中产生的是 匀速
交变电流．
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交变电流
垂直 2．中性面：线圈与磁场方向_______的位置． 零 线圈经过中性面时，感应电流大小为_____， 方向 _______发生改变． 三、交变电流的变化规律 1.正弦式交变电流的瞬时值表达式 Imsinωt i＝______________ Umsinωt u＝________________ Emsinωt e＝________________
交变电流
变式训练 1.如图5－1－5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5－1－5
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第五章
交变电流
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．图示位置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
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
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第五章
交变电流
【思路点拨】 割磁感线．
(1)线圈位于中性面时各边不切
(2)线圈垂直于中性面时，两边切割磁感线的速 度最大． 【精讲精析】 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方向与磁感线平行, 即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿
交变电流
例2
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5－1－7, 匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问： (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？
(2)写出感应电动势随时间变化的表达式． (3)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势
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第五章
交变电流
特别提醒：(1)瞬时值表达式与开始计时的位置 有关． ①若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt. ②若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时， e＝Emcosωt.
(2)峰值与开始计时的
位置及线圈转动的时间无 关，与线圈形状无关，
与转轴的位置无关．
图5－1－7
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第五章
(5)分析判断e、i、u随时间的变化规律．
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交变电流
例3
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随时间的变化如图5－1－9所示，下列 说法中正确的是( ) A．t1时刻通过的磁通量为零 B．t2时刻通过的磁通量的绝 对值最大 C．t3时刻通过的磁通量变化
【解题样板】 (1)线圈平面从图示位置转过 90° 的过程中，线圈内磁通量的变化量为Δ Φ ＝ Blablbc(1 分) π 线圈转动所经历的时间为Δ t＝ (1 分) 2ω ΔΦ Blablbc E＝n ＝2ω n Δt π 0.1×0.2×0.5 ＝2×100π×100× V＝200 V． 分) (2 π
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交变电流
(1)线圈中的平均电动势． (2)通过线圈某一截面的电荷量．
【思路点拨】 线圈在磁场中转动时， 线圈中产生 ΔΦ 感应电动势，由法拉第电磁感应定律 E＝n 求 Δt 出的电动势是平均电动势． 通过线圈某一截面的电 荷量，应根据交变电流的平均值计算．
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交变电流
过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势
或感应电流的方向在此时刻变化．
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交变电流
垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，
切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直, 有效切割速度最大，所以感应电动势最大， 此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C、 D正确． 【答案】 CD
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第五章
的瞬时值是多大？
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交变电流
【思路点拨】
先根据Em＝NBSω计算电动势
的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达 式是e＝Emsinωt还是e＝Emcosωt.
【精讲精析】 (1)交变电流电动势的峰值为 Em＝2nBLv＝nBSω ＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V Em 电流的峰值为 Im＝ R ≈6.28 A.
第五章
交变电流
第五章
交变电流
第五章
交变电流
第一节
交变电流
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第五章
交变电流
目标导航
学习目标：1.知道什么是交变电流，以及它与直流电的 区别． 2．了解交流电的产生原理，会推导正弦式交流电的表 达式．
3．会用数学函数表达式和图象描述交流电．
重点难点：1.正弦式交流电的表达式的推导． 2．正弦式交流电的瞬时表达式与图象．
动势的变化图线是否是互余关系来分析问题．
三判：在此基础上进行正确的分析和判断．
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交变电流
变式训练 3.一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 的图象如图5－1－10甲所示，则下列说法中 正确的是( )
图5－1－10
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交变电流
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大
电流、电压随时间变
化的规律，它们是正 弦曲线．
图5－1－8
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交变电流
2.交变电流图象的应用 从图象中可以解读到以下信息： (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．
图5－1－4
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交变电流
要点探究讲练互动
要点1 中性面及其垂直位置的特性比较
中性面 中性面的垂直位置
图 示
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交变电流
中性面 位置 磁通量 磁通量变化率 感应电动势 感应电流 电流方向
中性面的垂直位置
线圈平面与磁场 线圈平面与磁场平 垂直 行
最大 零 零 零 改变 零 最大 最大 最大 不变
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交变电流
【方法总结】
分析交变电流图象时要注意
一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看 “点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”， 并理解其物理意义．一定要把图象与线圈在磁场中
的位置对应起来．
二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之 间的变通关系．例如可借助磁通量的变化图线与电
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交变电流
解析：选C.交变电流的瞬时值表达式e＝ Emsinωt，其中Em＝NBSω，当ω加倍而S减
半时，Em不变，故C正确．
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交变电流
要点3
正弦式交变电流的图象
1.对交变电流图象的认识
如图5－1－8所示，正弦式交变电流随时间变
化情况可以从图象上表示出来，图象描述的 是交变电流的电动势、
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交变电流
二、交变电流的产生 [自主探究] 如图5－1－2所示，当线圈沿逆时针方向匀 速转动时，回答下列问题：
图5－1－2
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交变电流
(1)线圈由甲位置转到乙位置的过程中，AB边 A B 中电流方向为从_____到_____，由丙位置转 到丁位置的过程中，AB边中电流方向为从 A B _____到_____． 甲 丙 (2)线圈转到______和_______位置时线圈中没 乙 丁 有电流；转到_____和____位置时电流最大． 成功发现 1．产生原理：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁
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交变电流
其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的 瞬时值 Fra Baidu bibliotek__________，Im、Um、Em分别表示电流、电 最大值 压、电动势的_____________． 2.正弦式交变电流的图象：如图5－1－3所示．
图5－1－3
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交变电流
3.几种不同类型的交变电流 实际应用中，交变电流有不同的变化规律， 常见的有以下几种，如图5－1－4所示．
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交变电流
例1
(2012· 石家庄二中高二检测)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( 最大 A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势
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
【方法总结】
求解交变电流瞬时值可分三步
(1)确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表 达式是正弦还是余弦形式； (2)确定线圈转动的角速度ω及线圈匝数n、磁感 应强度B、线圈面积S等；
(3)根据Em＝nBSω，求出最大值后按表达式e＝
Emsinωt或e＝Emcosωt代入Em及ω的具体数值．
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率的绝对值最大
D．每当e变换方向时通过的 磁通量的绝对值最大
图5－1－9
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第五章
交变电流
【精讲精析】
因电动势按余弦规律变化，故
初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，至t1时
刻恰好到达中性面，磁通量最大，A错；t2时刻 又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大, B错；t3时刻又到达中性面，磁通量最大，但 其变化率为零，C错；e变换方向时正是其大小 为零时，也恰好是磁通量最大时． 【答案】 D
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交变电流
变式训练
2．(2012· 天津一中高二月考)交流发电机在工作 时电动势为 e＝Emsinω t，若将发电机的角速度 提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其 他条件不变，则其电动势变为( ) ωt A．e′＝Emsin 2 ωt B．e′＝2Emsin 2 C．e′＝Emsin2ω t Em D．e′＝ sin2ω t 2
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第五章
交变电流
热点示例创新拓展
交变电流平均值的计算及应用 平均电动势既不是电动势峰值的一半，也不是 历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电 磁感应定律求解．计算通过线圈某一截面的电 荷量， 一是根据电流的平均值 I， q＝I t 计算， 用 ΔΦ 二是根据 q＝n 计算． R
－
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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．
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交变电流
要点2
交变电流的变化规律分析
1.瞬时值表达式的推导
图5－1－6
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交变电流
若线圈平面从中性面开始转动，如图5－1－6， 则经过时间t：
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交变电流
2.峰值表达式 Em＝NBSω ＝NΦ mω Em Im＝ R＋r Um＝ImR′
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交变电流
(2)感应电动势的瞬时值表达式为
e＝Emcosωt≈6.28cos10πt V.
(3)线圈转过60°，感应电动势
e＝Emcos60°≈3.14 V. 【答案】 (1)6.28 V 6.28 A
(2)e＝6.28cos10πt V (3)3.14 V
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