高中物理選擇性必修第二冊

人教版1交變電流1.知道什么是交變電流。2.了解正弦式交變電流的產(chǎn)生原理和方式。3.掌握正弦式交變電流的變化規(guī)律。4.理解正弦式交變電流的圖像。1.交變電流(AC):①

大小和方向

隨時間做周期性變化的電流,簡稱交流。2.直流(DC):②

方向

不隨時間變化的電流。導(dǎo)師點(diǎn)睛

日常生活中使用得更多的是交流,如下圖:1|交變電流1.線圈在③

勻強(qiáng)

磁場中繞④

垂直于磁場

的軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈中就會產(chǎn)生⑤

正弦式

交變電流。2.過程分析2|交變電流的產(chǎn)生3.中性面:線圈平面與磁場⑥

垂直

的位置。3|交變電流的變化規(guī)律1.正弦式交變電流:按正弦規(guī)律變化的交變電流,簡稱正弦式電流。2.正弦式交變電流的瞬時值表達(dá)式(從中性面開始計時)物理量函數(shù)關(guān)系圖像磁通量Φ=Φmcosωt=BScosωt

電動勢e=Emsinωt=NBSωsinωt

物理量函數(shù)關(guān)系圖像電壓u=Umsinωt=

sinωt

電流i=Imsinωt=

sinωt

交流發(fā)電機(jī)的基本組成為兩部分,即產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的⑦

線圈

(通常叫作

電樞)和產(chǎn)生磁場的磁體。電樞轉(zhuǎn)動,磁極不動的發(fā)電機(jī),叫作旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。

磁極轉(zhuǎn)動,電樞不動的發(fā)電機(jī),叫作旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。4|交流發(fā)電機(jī)1.直流電動機(jī)線圈轉(zhuǎn)到某一位置,換向器能自動改變線圈中的電流方向,這一位置

是中性面。

(√)2.交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的。

(

?)3.線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)穿過線圈的磁通量為0時,線圈

中的感應(yīng)電動勢也為0。

(

?)4.線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,每當(dāng)線圈經(jīng)過中性面時,感應(yīng)電

動勢或感應(yīng)電流的方向就改變一次。

(√)5.線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)線圈位于中性面時,線圈中的

感應(yīng)電動勢最大。(

?)當(dāng)線圈位于中性面時,線圈中的磁通量最大,磁通量的變化率為零,感應(yīng)電動勢為零,

故該辨析錯誤。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“?”。1|交變電流的產(chǎn)生情境

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能(氣流的動能)轉(zhuǎn)化為電能的裝置,在能源危機(jī)日趨嚴(yán)重

的今天日漸被更多的國家重視和利用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常由風(fēng)輪、對風(fēng)裝置、調(diào)速

裝置、傳送裝置、發(fā)電機(jī)等組成。如圖所示為發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖。問題1.如圖所示,線圈所在的位置是中性面嗎?提示:圖中線圈平面與磁場方向垂直,其所在位置是中性面。2.感應(yīng)電流在線圈處于什么位置時改變方向?提示:中性面。3.線圈轉(zhuǎn)動一周兩次經(jīng)過中性面,電流的方向改變幾次?提示:兩次。4.圖中兩磁極固定,讓N匝矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO'勻速轉(zhuǎn)

動,轉(zhuǎn)動的角速度為ω,線圈的面積為S。當(dāng)線圈處于圖示位置(線圈平面與磁場方向

垂直)時,線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E為多大?當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至與磁場方向平行的位置時,

感應(yīng)電動勢又是多大?提示:當(dāng)線圈處于與磁場方向垂直的位置時,線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為0;當(dāng)線圈

處于與磁場方向平行的位置時,感應(yīng)電動勢E=NBSω。過程分析如圖所示為線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞軸OO‘轉(zhuǎn)動時的截面圖,ab和cd兩個邊切割磁

感線,產(chǎn)生電動勢,線圈中就有了電流(或者說穿過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生了

感應(yīng)電流)。具體分析如圖所示:當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動到圖甲位置時,導(dǎo)體不切割磁感線,線圈中無電流;當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動到圖乙位置時,導(dǎo)體垂直切割磁感線,線圈中有電流,且電流從a端流入;線圈在圖丙位置時不切割磁感線,線圈中無電流;線圈在圖丁位置時,電流從a端流出,這說明電流方向發(fā)生了改變;線圈在圖戊位置同在圖甲位置。線圈這樣轉(zhuǎn)動下去,就在線圈中產(chǎn)生了交變電流。中性面、中性面的垂面的特點(diǎn)比較

中性面中性面的垂面遠(yuǎn)離中性面靠近中性面位置線圈平面與磁場

方向垂直處線圈平面與磁場

方向平行處線圈平面與磁場

方向間夾角變小線圈平面與磁場

方向間夾角變大磁通量最大零變小變大磁通量變化率零最大變大變小感應(yīng)電動勢零最大變大變小線圈邊緣線速度與磁場方向夾角090°變大變小感應(yīng)電流零最大變大變小電流方向改變不變不變不變導(dǎo)體切割磁感線分析的過程若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動,如圖所示(O為ad中點(diǎn)),則經(jīng)過時間t:

2|交變電流的變化規(guī)律峰值(1)由e=NBSωsinωt知,電動勢的峰值Em=NBSω。(2)電動勢的峰值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動角速度ω及線圈面積S決定,與

線圈的形狀無關(guān),與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān),因此如圖所示的幾種情況,若N、B、S、ω相同,則電動勢的峰值相同。(3)電流的峰值可表示為Im=

。正弦交變電流的瞬時值表達(dá)式(1)從中性面開始計時①e=NBSωsinωt=Emsinωt。②i=

=

sinωt=Imsinωt。③u=iR=ImRsinωt=Umsinωt。(2)從垂直于中性面位置(即從線圈平面與磁場方向平行時)開始計時:①e=Emcos

ωt;②i=Imcosωt;③u=Umcosωt。求解交變電流電動勢瞬時值表達(dá)式的基本方法(1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計時,以確定交變電流是按正弦規(guī)律變化還是按

余弦規(guī)律變化。(2)確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度。(3)確定感應(yīng)電動勢的峰值Em=NBSω。(4)寫出瞬時值表達(dá)式e=Emsinωt或e=Emcosωt。對交變電流圖像的認(rèn)識正弦式交變電流隨時間的變化情況可以用圖像表示,圖像描述的是交變電流的電

動勢、電流或電壓隨時間變化的規(guī)律,它們是正弦曲線,如圖為i