高中人教版 (2019)1 交变电流评课ppt课件

这是一份高中人教版 (2019)1 交变电流评课ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了交变电流与直流，重点探究，交流发电机，交变电流的产生，知识深化，总结提升，交变电流的图像，图10，图12等内容，欢迎下载使用。
1.交变电流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流.2.常见的交变电流的波形图实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图3所示.
3.直流方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流.
例1　(多选)(2019·广州市检测)下列关于交变电流和直流的说法中正确的是A.如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B.直流的大小可以变化，但方向一定不变C.交变电流一定是按正弦规律变化的D.交变电流的最大特征是电流的大小和方向做周期性的变化
解析　判断电流是交变电流还是直流，应看电流的大小和方向两个要素，如果电流的大小和方向随时间做周期性变化，则为交流电.电流的方向不发生变化，即使其大小随时间变化，仍然为直流，故B、D正确.
二、交流发电机
由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合导体的磁通量发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流．
发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成．
导学探究　假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图4所示，则：
(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？
（2）交变电流的变化规律
导学探究　如图5所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：①ab边产生的感应电动势为多大？
②整个线圈中的感应电动势为多大？
答案　整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt.
③若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？
答案　若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsin ωt.
④若从垂直中性面位置开始计时，结果如何？
⑤线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置，最大值和最小值分别是多少？
答案　线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大.线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小，为零，此时线圈平面所处的平面称为中性面.
两个特殊位置1.中性面位置(S⊥B，如图4中的甲、丙)
线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次.
2.垂直中性面位置(S∥B，如图4中的乙、丁)
1.正弦交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt(2)从与中性面垂直的位置开始计时e＝Emcs ωt，i＝Imcs ωt，u＝Umcs ωt.2.交变电流的峰值
说明　电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.如图6所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同.
例2　(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是 A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大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的方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
解析　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与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻发生变化；线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D正确.
解析　线圈转速n＝300 r/min＝5 r/s，角速度ω＝2πn＝10π rad/s，线圈产生的感应电动势最大值Em＝NBSω＝50 V，则感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝50sin 10πt (V)；
例3　如图7所示，一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈总电阻r＝2 Ω，外接电阻R＝8 Ω，线圈在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中以n＝300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，若从线圈处于中性面时开始计时，求：(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
答案　e＝50sin 10πt (V)　
(3)外电路R两端电压瞬时值的表达式.
答案　u＝40sin 10πt (V)
确定正弦式交变电流电动势瞬时值表达式的基本方法1.确定线圈转动到哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化.2.确定线圈转动的角速度.3.确定感应电动势的峰值Em＝NωBS.4.写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcs ωt.
如图8甲、乙所示，从图像中可以得到以下信息：
(1)交变电流的峰值Em、Im.
(2)两个特殊值对应的位置：
(3)e、i大小和方向随时间的变化规律.
例4　(多选)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匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图9所示，则下列说法正确的是A.图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的B.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零C.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D.感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大
解析　由题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A正确；t1、t3时刻感应电动势为零，穿过线圈的磁通量的变化率为零，磁通量最大，选项B错误，C正确；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，选项D正确.
针对训练　一个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像如图10甲所示，则下列说法中正确的是A.t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t＝0.01 s时刻，Φ的变化率达到最大C.t＝0.02 s时刻，电动势的瞬时值达到最大D.该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示
解析　由题图甲知，当t＝0时，Φ最大，说明线圈平面与中性面重合，故选项A错误；
当t＝0.02 s时，Φ最大，此时电动势的瞬时值为零，故选项C错误；由以上分析可知，选项D错误.
4.(交变电流的变化规律)如图12所示，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值.
解析　设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为Em，
(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时线圈中感应电动势的瞬时值表达式.
解析　从图示位置开始计时线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
(3)由图示位置转过30°角电路中电流的瞬时值.
解析　由图示位置转过30°角时线圈中的感应电动势的瞬时值
7.(2019·广西河池高级中学高二上期末)一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的感应电动势如图5所示.下列判断正确的是A.t＝0.01 s时刻，线圈平面处于中性面位置B.t＝0.02 s时刻，线圈平面与磁感线平行C.t＝0.01 s时刻，通过线圈平面的磁通量为零D.1 s内电流的方向变化50次
考点三　交变电流的图像