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(通用版)2018-2019版高中物理 第五章 交变电流 5.1 交变电流学案 新人教版选修3-2

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2018版高中物理第五章交变电流本章整合课件 新人教版选修3-2

2018版高中物理第五章交变电流本章整合课件 新人教版选修3-2

= 0.5 A
副线圈的输出电压有效值为 U2 =
������2 ������1 ������1
=
������2 ������1���2
因此副线圈电路中负载电阻的最小值为 Rmin= 故选项 C 正确。
答案:C
= 880 Ω ,
专题一
专题二
专题一
专题二
专题三
(2)在研究与交变电流热效应有关的问题时,只能用有效值。如研 究交变电流的电功、电功率、保险丝的熔断电流、交流电表的示 数等问题时。 【例题2】 如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为 n1∶n2=1∶2,电源电压 u=220 2 sin ������������ V, 原线圈电路中接入一熔断 电流������0 = 1 A 的保险丝,副线圈中接入一可变电阻R,为了使保险丝 不致熔断,调节R时,其阻值最低不能小于( )
专题一
专题二
专题三
【例题1】 一电容器两端允许加的直流电压最大值是260 V,能否 将它接在按正弦规律变化的交流电压为220 V的电路中? 点拨:电容器工作时加在它两端电压的最大值不能超过它的耐压 值。 解析:题中所述的220 V交流电压是指有效值,其最大值为 Umax=220 2 V≈311 V>260 V,故不能将该电容器接在按正弦规律 变化的电压有效值为220 V的电路中,否则该电容器将会被击穿。 答案:不能
A.
������������ B. ������������
C.
������������ 2������
������������ 2������������
������������ D. ������
专题一
专题二
专题三
������ 点拨:q= ������·Δt,而������ = 。 ������ Δ������ 2������������ ������ 解析: ������ = ������ · = ������ · , ������ = Δ������ Δ������ ������ 2������������������ ������������ q= ������ ·Δt= , 所以B= 。 ������ 2������������

高中物理选修3课件-5-1交变电流

高中物理选修3课件-5-1交变电流

1、交变电流是指大小和方向都随时间作周期性变化的电流
2、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 匀速旋转时产生正弦规律 NBS
2020/5/15
2020/5/15
2020/5/15
交变电流
2020/5/15
一、交变电流 大小和方向都随时间作周期变化的电流，
叫做交变电流，简称交流 ．
例：在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的
是
。
AB
i
t
A
B
C
2020/5/15
二、交变电流的产生
立 体 图
平
A(B)
面
图
D(C) B
e0
电流 无 方向
• 我们把这种按正弦规律变化的电流叫正
弦式交变电流
（1）电流按正弦规律变化
i Im sin t
Im
Em Rr
（2）电路上的电压按正弦规律变化 u U m sin t
电流 i Im sin t 通过R时：
u iR，U m Im R.
2020/5/15
常见的交变电流
2020/5/15
小结：
3、交变电流的变化规律
设矩形线圈的AB边 v2 长 为 L1，BC 边 长 为 L2 , 在匀强磁场B中 v 绕垂直于磁场的对称 轴以角速度ω匀速转 动，以线圈经过中性 面开始计时，在任意 时刻t线圈中的感应 电动势为多大？
A(B)
ωt v1
v
D(C)
2020/5/15
e 2BL1v1 2BL1v sin t
v L2
2
e BL1L2 sin t BS sin t
思考：若线圈有N匝呢？
相当于N个完全相同的电源串联

5.1 交变电流

5.1 交变电流
第五章 交变电流
5.1 交变电流
一、交变电流的概念
1、直流电流(DC) 方向不随时间变化的电流 2、交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流
二、交变电流的产生
交 流 发 电 机 模 型
过程分析
B⊥S V // B
Φ最大 E=0 I=0
中性面
B∥S V⊥B Φ=0 E、I最大
感应电流方向b到a
三、交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，切割边L1 ，另一边L2, 推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示 ）
e 2 NBL1v sin t
∴
e NBL1L2 sin t
令 Em 则有
L2 又v 2
NBL1L2=NBSω
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）NBSω
B c
b
c d
c
b K L B A
c
b a
b
b
a
d
d
L
k
L
A
k
a
c K L B A d L
a
d
A
k B
A
B
a
e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π
t
ωt
o
π/2
π
五、交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
c(d)
O a(b)
1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大 φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切割 磁感线），线圈中的感应电动势为零．

高中物理第5章交变电流1交变电流课件新人教版选修3

高中物理第5章交变电流1交变电流课件新人教版选修3

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． (5)分析判断e、i、u随时间的变化规律．
例1 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( )
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
1．下列说法中正确的是( ) A．穿过线圈的磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动 势一定越大 B．穿过线圈的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一 定越大 C．穿过线圈的磁通量不变，线圈中产生的感应电动势恒 为定值 D．穿过线圈的磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动 势一定越大
【答案】D 【解析】穿过线圈的磁通量变化大，磁通量变化不一定 快，故线圈中产生的感应电动势不一定大，故A错误；穿过线 圈的磁通量大，磁通量变化不一定快，故线圈中产生的感应电 动势不一定大，故B错误；穿过线圈的磁通量不变，根据法拉 第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势为零，故C错误； 根据法拉第电磁感应定律，对于同一个线圈，穿过线圈的磁通 量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大，故D正确．
解析：由图象可知，0.01 s时，感应电流为零，则感应电 动势为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，故A正 确；由图象可知，0.02 s时，感应电流为零，则感应电动势为 零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，故B错误；由图 象可知，T＝0.02 s，故C错误；由图可知0.01 s电流方向改变一 次，所以1秒内线圈中感应电流的方向变化100次，故D错误．

第五章 1 交变电流

第五章 1 交变电流

(3)线圈的位置:由图像判断线圈的位置有两种方法:一是可以通
过图像求得瞬时值和峰值,根据
sin
ωt=
������ ������m
,
求得线圈与中性面的夹
角������������; 二是通过图像直接判定, 曲线在时间轴上的点, 线圈位于中性
面; 在波峰或波谷上的点, 线圈垂直于中性面。
(4)磁通量、磁通量的变化率和感应电流(电压)的极值:根据图像,
HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt
ab边转动的线速度大小v=ωR=
������
������������������ 2
ab边产生的感应电动势eab=Blabvsin
θ=
������������������ 2 sin ������������
结合上面交变电流的产生过程想一想,线圈在匀强磁场中绕垂直 于磁场的轴匀速转动时,每转一周,电流方向改变几次?
提示:线圈每转一周,两次经过中性面位置,每经过中性面位置一 次,电流方向改变一次,所以线圈每转一周,电流方向改变两次。
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HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
类型一 类型二
类型一 对“两个特殊位置”的考查 【例题1】(多选)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变 电流的i-t图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C.在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
解析:由题图可知,t1和t3时刻,i最大,所以这两个时刻磁通量的变

高中物理第五章1交变电流课件新人教版选修3

高中物理第五章1交变电流课件新人教版选修3
第五章 交变电流 1 交变电流
[学习目标]
1.会观察电流(或电压)的波形图,理解交变电流和直流的概念.
2.理解交变电流的产生过程,会分析电动势和电流方向的变化规律. 3.知道交变电流的变化规律及表示方法,知道交变电流的瞬时值、峰值的 物理含义.知道中性面的物理特点.
课前预习 掌握新知
知识梳理
一、交变电流 1.交变电流: 大小 和 方向 随时间做周期性变化的电流叫交变电
学霸笔记
搞清两个特殊位置的特点 (1)线框平面与磁场垂直时:e 为 0,i 为 0,Φ为最大, 为 0.
t (2)线框平面与磁场平行时:e 为最大,i 为最大,Φ为 0, 为最大.
t
(教师备用)
例1-1:(多选)如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方
向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动,从线圈平面与磁场方向平行时
(4)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关.( (5)交流电源没有正负极之分.( √ )
×)
×)
(1)如图所示,当线圈在磁场中绕OO′轴转动时,哪些边切割磁感线?线圈 转到哪些位置时没有感应电流?
答案:当线圈在磁场中绕OO′轴转动时,AB,CD边切割磁感线产生感应电 流.线圈转到(甲)和(丙)位置时没有感应电流,我们称之为中性面. (2)正弦式交变电流的图象一定是正弦函数曲线吗? 答案:不一定,根据计时起点不同,也可能是余弦函数曲线.
[要点归纳]
1.峰值表达式
Em=nBSω,Im= Em = nBS ,Um=ImR= nBSR .
Rr Rr
Rr
2.峰值决定因素: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.

(山东省专用)2018_2019学年高中物理第五章交变电流第1节交变电流课件新人教版选修3_2


具体分析如图所示，当线圈转动到图甲位置时，导体不切 割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图乙位置时，导体垂 直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从 a 端流入；线圈在图 丙位置同线圈在图甲位置；线圈在图丁位置时，电流从 a 端流 出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图戊位置同在图甲位 置。线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流。
一、交变电流 1．交变电流 大小和方向都随时间做 周期性变化 的电流，简称交流。 2．直流 _方__向___不随时间变化的电流。
二、交变电流的产生 1．过程分析
2．中性面 线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场 垂直 时 所在的平面。
三、交变电流的变化规律
1．从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式
(3)交流发电机输出的电流都可以表示为 i＝Imsin ωt 吗？
提示：不一定。如果线圈从中性面的垂面开始计时，则输 出的电流表示为 i＝Imcos ωt。
正弦交变电流的产生
1．过程分析 如图所示为线圈 abcd 在磁场中绕轴 OO′转 动时的截面图，ab 和 cd 两个边切割磁感线，产 生电动势，线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变 化而产生了感应电流)。
(2)如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为零，而线圈平 面与中性面垂直时感应电动势最大呢？ 提示：根据法拉第电磁感应定律 E＝nΔΔΦt 可知，感应电动势的 大小不是与磁通量 Φ 直接对应，而是与磁通量的变化率成正 比。虽然线圈经过中性面时磁通量最大，但磁通量的变化率为 零，所以感应电动势为零；虽然线圈平面与中性面垂直时磁通 量为零，但磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大。
从中性面位置开始 从与中性面垂直
计时
的位置开始计时
磁通量
Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt

高中物理第五章交变电流5_1交变电流课件新人教版选修3_2


考点
交变电流的变化规律
1．瞬时值表达式的推导
若线圈平面从中性面开始转动，如图，则经过时间 t：
对于纯电阻电路，设闭合电路总电阻为 R＋r，由欧姆 e Em 定律得闭合回路的电流瞬时值为 i ＝ ＝ sinωt ＝ R＋ r R＋ r Imsinωt，此时加在电路上的路端电压的瞬时值为 u＝iR＝ ImRsinωt＝Umsinωt。
01课前自主学习
一、交变电流 1．交变电流
1 周期性 变化的电流，简称 大小和方向都随时间做 □ 2 交流 □
。 2．直流 3 方向 不随时间变化的电流。 □
3．图象特点 (1)恒定电流的图象是一条与时间轴
4 平行 的直线。 □
(2)交变电流的图象有时会在时间轴的上方，有时会在 5 时间 做周期性变化。 时间轴的下方，即随 □
[答案] (1)78.5 V
(2)39.25 V
(3)e＝78.5sin50πt(V)
[解析]
由题意，先求出角速度 ω，
f＝1500 r/min＝25 Hz，ω＝2πf＝50π rad/s。 感应电动势的最大值为： Em＝NBSω≈100×0.5×0.01×50×3.14 V＝78.5 V。 由题图可以看出，线圈是从中性面开始计时，产生交 变电动势的瞬时值表达式应为 e＝Emsinωt，所以 e＝78.5sin50πt(V)，转过 30° 角时的电动势为 1 e＝Emsin30° ＝78.5× V＝39.25 V。 2
考点 1．交变电流 (1)定义
交变电流的产生过程
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电 流，简称交流。
(2)特点
交变电流的主要特点是其方向随时间变化。大小不变、 方向改变的电流也是交变电流； 方向不随时间变化的电流称 为直流； 大小和方向均不改变的电流是前面我们学习的恒定 电流。

高中物理第五章交变电流5-1交变电流检测新人教版选修3_2

高中物理第五章交变电流5-1交变电流检测新人教版选修3_2
课时作业
基础达标
1．交变电流是( )
A．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流
B．按正弦规律变化的电流
C．强度随时间做周期性变化的电流
D．方向随时间做周期性变化的电流
【解析】本题考查了交变电流的定义，只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流，正弦式交变电流仅是其中之一，故D项正确．
【答案】D
2．如图所示属交变电流的是( )
【解析】大小和方向做周期性变化的电流，称为交变电流，在图象上表现为时间轴上下都存在图线，故选CD.
【答案】CD
3．关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法是( )
A．线圈每转动一周，感应电流方向改变一次
B．线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次
C．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次。

2018_2019高中物理第五章交变电流5.1交变电流课件新人教版


(2)判断是不是交变电流,至少需在一个周期内观察。 如矩形波,该电流在正半周期或负半周期,电流的大小 和方向都没有发生变化,但在一个周期或更长的时间内, 电流的方向随时间发生变化,所以是交变电流。
(3)交变电流的波形不一定是曲线,不能认为波形是曲
线的,就一定是交变电流。
2.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
位置 磁通量
线圈平面与磁场垂 线圈平面与磁场平 直 行 最大 零
磁通量变化率 感应电动势 感应电流 电流方向
中性面 零 零 零 改变
中性面的垂直位置 最大 最大 最大 不变
【典例示范】 (2018·临沂高二检测)一闭合矩形线圈abcd绕垂直于 磁感线的固定轴OO′匀速转动,线圈平面位于如图甲所 示的匀说法正确的是 ( )
C.穿过线圈的磁通量为零时,感应电动势也为零
D.线圈每通过中性面一次,电流方向改变一次
【解析】选C。线圈平面与中性面重合时,磁感线与线 圈平面垂直,磁通量Φ 最大,所以A项正确;中性面时,磁
通量的变化率 为零,感应电动势为零,所以B项正确; t
线圈平面与中性面垂直时,磁感线与线圈平面平行,磁
垂直 的位置。 (3)中性面:线圈平面与磁场方向_____ 3.交变电流的变化规律: (1)正弦式交变电流:
正弦 规律变化的交变电流,简称_______ 正弦式 电 ①定义:按_____
流。
②函数和图象。 函 数 图 像
Emsinω t 瞬时电动势：e=________
Umsinω t 瞬时电压：u=________
(2)当线圈恰好经过图甲、图乙所示位置时,线圈中有 感应电流吗?穿过线圈的磁通量的变化率有何特点?
提示:图甲中线圈AB边或CD边的速度方向与磁感线方向
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1 交变电流
[学习目标] 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义．
一、交变电流
1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流．
2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．
3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流．
二、交变电流的产生
闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．
三、交变电流的变化规律
线圈从垂直磁场方向计时产生电动势的瞬时值表达式：e＝E m sin ωt，E m叫做电动势的峰值．
[即学即用]
1．判断下列说法的正误．
(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．( ×)
(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．( ×)
(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零．( √)
(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．( √)
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，线圈绕垂直磁场方向的OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感应电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为________．
图1
答案 6.28 V 6.28 A e＝6.28sin 10πt (V)
解析电动势的峰值为E m＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V＝6.28 V
电流的峰值为I m ＝E m R
＝6.28 A 感应电动势的瞬时值表达式为
e ＝E m sin ωt ＝6.28sin 10πt (V).
一、交变电流的产生
[导学探究] 假定线圈绕OO ′轴沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示．请分析判断：
图2
(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况．
(2)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？ 答案 (1)
(2)所处的平面称为中性面． [知识深化] 两个特殊位置
1．中性面(S ⊥B 位置，如图2中的甲、丙)
线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，ΔΦ
Δt 为0，e 为0，i 为0.
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 位置，如图2中的乙、丁) 此时Φ为0，ΔΦ
Δt
最大，e 最大，i 最大．
例1 (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 答案 CD
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也就在此时刻发生变化．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，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C 、D 选项正确． 二、交变电流的变化规律
[导学探究] 如图3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L 1，bc 边长为L 2，线圈面积S ＝L 1L 2，磁感应强度为B ，则：
图3
(1)ab 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？
(3)若线圈有N 匝，则整个线圈的感应电动势为多大？ 答案 (1)e ab ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1
L 2ω
2
sin ωt
＝12BL 1L 2ωsin ωt ＝1
2
BS ωsin ωt . (2)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e ab ＝e cd ，所以e 总＝e ab ＋e cd ＝
BS ωsin ωt .
(3)若线圈有N 匝，则相当于N 个完全相同的电源串联，所以e ＝NBS ωsin ωt . [知识深化] 1．峰值表达式
E m ＝nBS ω，I m ＝
E m
R ＋r ＝
nBS ωR ＋r ，U m ＝I m R ＝nBS ωR
R ＋r
2．峰值决定因素：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，。