高中物理5.1交變電流

第1頁第2頁1．了解交變電流、直流概念。2．了解交變電流產(chǎn)生，會分析線圈轉(zhuǎn)動一周中電動勢和電流方向改變。3．知道交變電流改變規(guī)律及表示方法。4．知道交變電流峰值、瞬時值含義。第3頁第4頁1．交變電流及產(chǎn)生機理(1)交變電流與直流定義：①交變電流：大小和方向都隨時間做

電流，簡稱交流。②直流：

不隨時間改變電流。［讀教材·填關(guān)鍵點］周期性改變方向第5頁(2)交變電流產(chǎn)生機理：如圖5－1－1所表示，將一個平面線圈置于勻強磁場中，線圈與外電路相連，組成閉合回路，使線圈繞

磁感線軸OO′圖5－1－1做勻速轉(zhuǎn)動，線圈中就會產(chǎn)生交變電動勢和交變電流。垂直第6頁(3)中性面：①定義：線圈平面與磁場垂直位置。

②特點：線圈在此位置磁通量

，電動勢為零，線圈經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電流

要發(fā)生改變。2．交變電流改變規(guī)律(1)正弦式交變電流：①定義：按正弦規(guī)律改變交變電流，簡稱正弦式電流。最大方向第7頁②函數(shù)和圖像：函數(shù)圖像瞬時電動勢：e＝瞬時電壓：u＝瞬時電流：i＝UmsinωtImsinωtEmsinωt第8頁注：表示式中Em、Um、Im分別是電動勢、電壓和電流峰值，而e、u、i則是這幾個量瞬時值。(2)其它交變電流：實際應(yīng)用中，交變電流有不一樣改變規(guī)律，常見有以下幾個，如圖5－1－2所表示。圖5－1－2第9頁[關(guān)鍵一點]區(qū)分交流與直流關(guān)鍵是看電流方向是否發(fā)生周期性改變。第10頁［試身手·夯基礎(chǔ)］1.對于如圖5－1－3所表示電流i隨時間t做周期性改變圖像，以下說法中正確是()A．電流大小改變，方向不變，是直流電圖5－1－3B．電流大小、方向都改變，是交流電C．電流最大值為0.2A，周期為0.01sD．電流大小改變，方向不變，不是直流電，是交流電第11頁解析：從圖中能夠看出，電流最大值為0.2A，周期為0.01s，電流大小改變，但方向不變，是直流電，不是交流電。答案：AC第12頁2．關(guān)于交變電流和直流電說法中，正確是()A．假如電流大小做周期性改變，則一定是交變電流B．直流電大小能夠改變，但方向一定不變C．交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律改變D．交變電流最大特征就是電流方向發(fā)生周期性改變第13頁解析：直流電特征是電流方向不變，交流電特征是電流方向周期性改變。另外交變電流不一定都是正弦式電流或余弦式電流。答案：BD第14頁3．在圖5－1－4中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流()圖5－1－4第15頁解析：只要線框在勻強磁場中，繞垂直于磁場軸勻速轉(zhuǎn)動，即可產(chǎn)生正弦式交變電流，故A錯誤，B、C、D正確。答案：BCD第16頁4.關(guān)于中性面，以下說法中不正確是()A．中性面就是穿過線圈磁通量為零面B．中性面就是線圈中磁通量改變率為零面C．線圈經(jīng)過中性面時，電流方向必改變D．中性面就是線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢為零面.第17頁解析：中性面是穿過線圈磁通量最大時面。在中性面時，導(dǎo)體不切割磁感線，且轉(zhuǎn)過中性面時線圈轉(zhuǎn)動方向與磁場方向夾角由銳角變?yōu)殁g角或由鈍角變?yōu)殇J角，所以在中性面時線圈中感應(yīng)電動勢為零，電流方向要發(fā)生改變。故正確選項為B、C、D，應(yīng)選A。答案：A第18頁第19頁1．產(chǎn)生在勻強磁場中，繞垂直于磁場方向軸勻速轉(zhuǎn)動線圈里產(chǎn)生是交變電流，試驗裝置如圖5－1－5所表示。圖5－1－5第20頁2．過程分析如圖5－1－6所表示圖5－1－6第21頁線圈由甲位置轉(zhuǎn)到乙位置過程中，電流方向為b→a→d→c。線圈由乙位置轉(zhuǎn)到丙位置過程中，電流方向為b→a→d→c。線圈由丙位置轉(zhuǎn)到丁位置過程中，電流方向為a→b→c→d。線圈由丁位置回到甲位置過程中，電流方向為a→b→c→d。第22頁3．中性面線圈平面垂直于磁感線時，線圈中磁通量最大，而此時線圈中電流為零，這一位置叫中性面。從上面分析可知線圈平面經(jīng)過中性面時，電流方向就發(fā)生改變，線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一周經(jīng)過中性面兩次，所以感應(yīng)電流方向改變兩次。第23頁[名師點睛](1)在線圈轉(zhuǎn)動過程中，磁通量最大時，磁通量改變率恰好為零；磁通量為零時，磁通量改變率恰好最大。(2)感應(yīng)電動勢大小由磁通量改變率決定，與磁通量大小沒有直接關(guān)系。第24頁1．矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，以下說法正確是()A．當(dāng)線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大B．當(dāng)穿過線框磁通量為零時，線框中感應(yīng)電動勢也為零C．每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向就改變一次D．線框經(jīng)過中性面時，各邊不切割磁感線第25頁[審題指導(dǎo)]解答本題應(yīng)注意以下兩個方面：(1)線框位于中性面時，感應(yīng)電動勢為零。(2)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電流方向改變。第26頁[解析]線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框磁通量最大，但此時切割磁感線兩邊速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以電動勢等于零，此時穿過線框磁通量改變率等于零，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向在此時刻改變。垂直于中性面時，穿過線框磁通量為零，切割磁感線兩邊速度與磁感線垂直，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動勢最大，此時穿過線框磁通量改變率最大。故C、D正確。[答案]CD第27頁第28頁1．瞬時值圖5－1－7若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，如圖5－1－7所表示，則經(jīng)時間t：第29頁第30頁第31頁2．峰值(1)由e＝nBSωsinωt可知，電動勢峰值Em＝nBS

ω。

(2)交變電動勢峰值由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω及線圈面積S決定，與線圈形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，所以圖5－1－8所表示幾個情況，若n、B、S、ω相同，則電動勢峰值相同。圖5－1－8第32頁[名師點睛](1)瞬時值與開始計時位置及線圈轉(zhuǎn)動時間相關(guān)。①若線圈從中性面開始計時，e＝Emsinωt。②若線圈從位于與中性面垂直位置開始計時，e＝Emcosωt。(2)峰值與開始計時位置及線圈轉(zhuǎn)動時間無關(guān)。第33頁2.如圖5－1－9所表示為演示用手搖發(fā)電機模型，勻強磁場磁感應(yīng)強度B＝0.5T，線圈匝數(shù)n＝50,每匝線圈面積為0.48m2，轉(zhuǎn)速為150r/min，線圈在勻速轉(zhuǎn)動過程中，從圖示位置開始計時。寫出交變感應(yīng)電動勢瞬時值表示式。圖5－1－9第34頁[思緒點撥]解答本題可按以下思緒進行：(1)先確定線圈初始時刻位置，從而明確表示式應(yīng)該用正弦還是余弦。(2)找出ω、n、B、S，求出峰值Em。(3)寫出瞬時值表示式。第35頁[答案]e＝188sin(5πt)V第36頁確定交變電流電動勢瞬時表示式時應(yīng)注意以下三個方面：(1)用Em＝nBSω確定峰值。(2)確定角速度ω，若題中已知轉(zhuǎn)速為nr/s，則ω＝2πn。(3)確定計時起點位置，從而確定是選e＝Emsinωt，還是選e＝Emcosωt。第37頁1．對正弦式電流圖像認識由e＝Emsinωt、u＝Umsinωt、i＝Imsinωt可知e-t、u-t、i-t圖線應(yīng)該是正弦曲線，如圖5－1－10所表示，其中Em、Um、Im分別表示電動勢、電壓、電流最大值，ω表示線圈勻速轉(zhuǎn)動角速度，線圈為多匝(如n匝)時，Em＝nBSω。圖5－1－10第38頁2．正弦式電流圖像應(yīng)用(1)由圖5－1－11能夠讀出正弦式電流峰值。圖5－1－11第39頁(2)可依據(jù)線圈轉(zhuǎn)至中性面時電流為零特點，確定線圈處于中性面時刻，也就是磁通量最大時刻和磁通量改變率最小時刻。(3)可依據(jù)線圈轉(zhuǎn)至與磁場平行時感應(yīng)電流最大特點，確定線圈與中性面垂直位置，此位置也就是磁通量為零時刻和磁通量改變率最大時刻。第40頁3．如圖5－1－12甲所表示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角θ＝45°時(如圖5－1－12乙所表示)為計時起點，并要求當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正。則如圖5－1－13中四幅圖中正確是()圖5－1－12第41頁圖5－1－13第42頁[審題指導(dǎo)]解答該題時應(yīng)注意以下兩個方面：(1)電流正方向要求；(2)t＝0時線圈位置。第43頁[答案]D第44頁處理圖像問題基本方法：一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點”。二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間變通能力。三判斷：結(jié)合圖像和公式進行正確分析和判斷。第45頁第46頁第47頁1．中性面位置指是線圈平面與磁感線方向垂直位置，線圈在中性面