第一單元交變電流第1課時交流電產(chǎn)生及描述選修3－2

第十一章交變電流傳感器第1頁第2頁基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)一交變電流產(chǎn)生及改變規(guī)律1．交流電產(chǎn)生條件：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線軸________轉(zhuǎn)動，在線圈中將產(chǎn)生按________規(guī)律變化交變電流．2．中性面：穿過線圈磁通量________，________變化率為________，即感應(yīng)電動勢為________．答案：1．勻速正弦2．最大磁通量零零第3頁3．交流電變化規(guī)律(1)感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式：假如線圈從中性面開始，在勻強(qiáng)磁場中以角速度ω繞垂直于磁感線軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢最大值為Em＝________，式中N為線圈匝數(shù)，S為線圈面積．則在時刻t，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢瞬時值是e＝____________；由于電流與電動勢同步性，若感應(yīng)電流最大值為Im，感應(yīng)電流瞬時值表達(dá)式i＝__________________.答案：3．(1)NBSω

NBSωsinωt(2)一次第4頁(2)線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次通過中性面，線圈每通過中性面一次，電流方向就變化________．(3)交變電流圖象：交變電動勢、電流、電壓圖象都是________圖象．答案：(2)一次(3)正弦第5頁關(guān)鍵點(diǎn)深化交變電流產(chǎn)生過程及其描述措施當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)動到與磁感線平行時，感應(yīng)電動勢具有最大值(峰值)Em.假如磁感應(yīng)強(qiáng)度是B，線圈兩邊邊長分別是l1和l2，線圈面積為S，匝數(shù)為n，轉(zhuǎn)動角頻率為ω，則峰值為：假如線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，如右圖所示，任一時刻t感應(yīng)電動勢瞬時值就是：即：e＝Emsinωt假如把線圈和電阻R構(gòu)成閉合電路，電路中就有感應(yīng)電流第6頁可見，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和形成感應(yīng)電流都是按正弦規(guī)律變化．電動勢隨時間變化關(guān)系可表達(dá)為右圖所示．值得注意是：以上反應(yīng)線圈上感應(yīng)電動勢瞬時值公式和圖象都是當(dāng)線圈平面恰通過中性面時開始計時作出．線圈通過中性面瞬時，線圈導(dǎo)體不切割磁感線，感應(yīng)電動勢為零，磁通量變化率為零，但穿過線圈平面磁通量最大．第7頁右圖所示是穿過線圈平面磁通量隨時間變化Φ-t圖線，它可以協(xié)助我們更深入理解這個問題．磁通量變化率反應(yīng)在Φ-t圖線上是各點(diǎn)切線斜率．可以看出，在t＝0，、T等時刻，圖線上對應(yīng)點(diǎn)a、c、e切線均平行于時間軸，斜率為零．這闡明在線圈恰通過中性面各個瞬時，盡管穿過線圈磁通量最大，但磁通量對時間變化率為零，因此電動勢也為零．公式和圖象都是研究交流電常用工具，我們應(yīng)理解其物理意義并在實(shí)際中靈活運(yùn)用．第8頁基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)二表征交流電物理量1．瞬時值：反應(yīng)交流電在______電流或電壓大小和方向．2．有效值：根據(jù)電流____________來規(guī)定，即交流電和直流電通過同樣阻值兩個電阻，假如在一種周期內(nèi)它們產(chǎn)生________都相等，則這個直流電數(shù)值即作為交流電有效值．3．有效值與最大值關(guān)系：對正弦式電流而言，其最大值是有效值倍，即：答案：1．某一時刻2．熱效應(yīng)熱量第9頁4．周期、頻率和角頻率：它們都是用來表征交流電__________物理量．(1)周期：完畢一次__________所需時間．(2)頻率：在1s內(nèi)完畢周期性變化次數(shù)．(3)角頻率：單位時間內(nèi)線圈平面轉(zhuǎn)過角度．(4)三者關(guān)系是：(5)我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用交流電，頻率是________Hz，周期是________s，電流方向每秒鐘變化________次．答案：4．變化快慢(1)周期性變化(5)500.02100第10頁關(guān)鍵點(diǎn)深化1．對旳理解有效值概念交變電流有效值是根據(jù)電流熱效應(yīng)來規(guī)定，它是交流電在一種周期內(nèi)輸出電能量度，是過程量．對于正弦式交變電流有效值計算，必須從電熱角度求解．交流電器銘牌上標(biāo)明額定電壓或額定電流是有效值；交流電表測得電流、電壓也是有效值；不加尤其闡明，提到交流電流、電壓、電動勢時，都是指有效值．第11頁2．辨別有效值與平均值有效值不是平均值．如右圖所示，當(dāng)矩形線圈由位置1逆時針轉(zhuǎn)到位置2，由于穿過線圈磁通量無變化，因此這一過程感應(yīng)電動勢平均值為零．不過，在這段時間內(nèi)線圈內(nèi)確有感應(yīng)電流通過，消耗了電能，發(fā)了熱，因此感應(yīng)電流有效值并不為零，感應(yīng)電動勢有效值也不為零．可見，不能把有效值與平均值當(dāng)作一回事，應(yīng)加以辨別．對一種確定交變電流來說，其有效值是一種定值；而平均值由E＝n確定，與所取時間間隔有關(guān)．正弦式交變電流正半周平均電動勢是，而一種周期內(nèi)平均電動勢卻為零．在進(jìn)行詳細(xì)計算時，求電路中電功率、熱量時，用有效值；求通過導(dǎo)體橫截面電量時，用平均值．第12頁第13頁1．分析物理圖象要點(diǎn)：一看、二變、三判．一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(diǎn)”，并理解其物理意義．二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間變通關(guān)系．三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對旳分析和判斷．2．因交變電流i隨時間t變化規(guī)律不再是簡樸正比例(線性)關(guān)系，故需借助圖象法來分析研究，這比單純地用代數(shù)措施顯得更為直觀、簡捷．3．對于正弦交變電流變化規(guī)律，不應(yīng)只從其隨時間按正弦規(guī)律變化這一點(diǎn)去認(rèn)識，還應(yīng)看到交流電動勢隨線圈在勻強(qiáng)磁場中空間位置變化而變化，隨線圈磁通量變化而變化．題型一探究交流電產(chǎn)生規(guī)律及圖象問題第14頁處在勻強(qiáng)磁場中矩形線圈abcd，以恒定角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab垂直．在t＝0時刻，線圈平面與紙面重疊(如圖甲所示)，線圈cd邊離開紙面向外運(yùn)動，若規(guī)定由abcda方向感應(yīng)電流為正，則能反應(yīng)線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變化圖象是()第15頁解析：由題給條件可知：cd在t＝0時，由題圖示位置開始做切割磁感線運(yùn)動，但感應(yīng)電動勢大小隨線圈平面與磁場方向夾角θ變化為e＝Blvcosθ，感應(yīng)電流可知選項(xiàng)AB錯誤，又由楞次定律可判斷C項(xiàng)對旳，D項(xiàng)錯誤．答案：C第16頁點(diǎn)評：交流電產(chǎn)生原理和變化規(guī)律要理解，不僅要理解線圈繞垂直于磁場軸旋轉(zhuǎn)時瞬時電動勢表達(dá)式，并且要會根據(jù)此數(shù)學(xué)表達(dá)式畫出其變化圖象，或根據(jù)圖象寫出與圖象對應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式．不僅要會用公式、圖象表達(dá)交流電，并且還要能想象出與圖象對應(yīng)物理情景——線圈在磁場中方位，完畢“情景?公式?圖象”之間互相轉(zhuǎn)化．第17頁題型訓(xùn)練1.有一種小型發(fā)電機(jī)，機(jī)內(nèi)100匝面積為1m2矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中，以恒定角速度繞垂直于磁場方向固定軸轉(zhuǎn)動，穿過每匝線圈磁通量Ф隨時間變化規(guī)律如圖所示，由此可知發(fā)電機(jī)電動勢瞬時值表達(dá)式是()A．e＝220sin100πt(V)B．e＝220cos100πt(V)C．e＝314sin100πt(V)D．e＝314cos100πt(V)第18頁解析：Em＝NBωS＝NΦmω＝100×1.0×10－2×100π＝314(V)．因t＝0時磁通量變化率最大，故感應(yīng)電動勢最大，故e＝314sin100πt(V)．答案：C第19頁矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B勻強(qiáng)磁場中繞軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R，當(dāng)線圈由右圖所示位置轉(zhuǎn)過90°過程中，如下說法對旳是()A．線圈產(chǎn)生交流電周期為T＝B．平均感應(yīng)電動勢C．電阻R所產(chǎn)生焦耳熱D．通過電阻R電量為題型二描述交流電物理量應(yīng)用第20頁解析：周期，線圈轉(zhuǎn)過90°時間A錯；平均感應(yīng)電動勢R焦耳熱通過R電量為答案：BC點(diǎn)評：本題包括了交流電幾種物理量理解及應(yīng)用，在進(jìn)行詳細(xì)計算時，求電路中電功率、熱量時，用有效值；求通過導(dǎo)體橫截面電量時，用平均值．第21頁題型訓(xùn)練2．有關(guān)正弦式電流有效值，如下說法中不對旳是()A．交流電有效值是根據(jù)電流熱效應(yīng)來定義B．在交流電路中，交流電流表和交流電壓表達(dá)數(shù)表達(dá)都是有效值C．對于正弦式電流，最大值平方等于有效值平方2倍D．有效值就是交流電在一周期內(nèi)平均值第22頁解析：A包括交流電有效值定義，B通過試驗(yàn)得到成果，C包括有效值現(xiàn)實(shí)意義．D混淆有效值與平均值物理含義．答案：D第23頁第24頁警示混同磁通量與磁通量改變率含義矩形線圈abcd繞OM軸在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，如圖所示，當(dāng)線圈平面與磁感線平行時，穿過線圈磁通量及磁通量變化率，當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時又怎樣？第25頁錯解：當(dāng)線圈平面與磁感線平行時Φ＝0，穿過它磁通量變化率為＝0；當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時，穿過它磁通量Φ＝BS最大，因而變化率也最大．分析糾錯：磁通量Φ和磁通量變化率是兩個不一樣樣概念，好多同學(xué)認(rèn)為Φ大時，一定大，實(shí)際上恰好相反．第26頁對旳解答：當(dāng)線圈平