【创新设计】2013-2014学年高中物理(粤教版)选修3-2：2-1认识交变电流

自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练第一节认识交变电流自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练1．知道什么是交变电流，它与直流的区别是什么．2．了解交流电的产生原理，能熟练运用楞次定律和法拉第电磁感应定律推导正弦交流电的表达式．3．会用图象描述交流电．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练一、交流与直流交变电流：都随时间做变化的电流，叫做交变电流，简称交流．恒定电流：强弱和方向都不随时间变化的电流，叫做恒定电流，简称直流．强弱和方向周期性自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练二、交变电流的图象波形图：电流或电压随变化的图象叫波形图．规律：我们日常生活和生产中所使用的交变电流是按变化的交变电流．图形：按正弦规律变化的交变电流的图象是．时间正弦规律正弦曲线自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练三、交变电流的产生交流发电机的基本结构：、磁极、滑环及．过程分析(如图2-1-1)图2-1-1线圈电刷自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练中性面定义线圈平面磁感线的位置电流特点(1)感应电流；(2)每经过一次中性面，感应电流方向.为零改变一次垂直自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练一、什么是交变电流恒定电流和交变电流(1)恒定电流：强弱和方向都不随时间改变的电流，简称直流．(2)交变电流：强弱和方向都随时间周期性变化的电流，简称交流．交变电流的图象(1)波形图：电流或电压随时间变化的图象．(2)观察方法：用示波器观察．(3)特点：我们常使用的交变电流是按正弦规律变化的．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练(4)常见的交变电流的波形图(如图2-1-2所示)图2-1-2特别提示(1)只要方向不变的电流即为直流电，恒定电流是直流电中的一种．(2)只要电流的方向周期性变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化亦为直流电，方向随时间做周期性变化是交变电流的最重要的特征．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练二、交变电流的产生交流发电机的示意图如图2-1-3所示，当磁场中的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生改变，产生交变电流．图2-1-3自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练过程分析如图2-1-4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，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)．具体分析如图2-1-5所示，当线圈转动到图①位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图②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③位置同线圈在图①位置；线圈在图④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⑤位置同在图①位置．线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流．图2-1-4自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练图2-1-5由以上分析可知，线圈转一周的过程中，感应电流的大小和方向都在不停地变化，每转一周重复这种变化一次，这样线圈所在的电路中就出现了大小和方向都做周期性变化的交变电流．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练三、中性面、中性面的垂面位置的特性比较线圈位于中性面时，各边都不切割磁感线，线圈包围的磁通量没有变化，所以线圈中没有感应电流．且根据楞次定律可知，线圈经过中性面位置前后，线圈中电流方向不同，即线圈平面每经过中性面一次，线圈中电流的方向就改变一次．线圈位于中性面的垂面位置时，尽管磁通量最小(为零)，但其变化率最大，由法拉第电磁感应定律，此时感应电动势最大．同时由楞次定律判断可知，线圈平面经过中性面的垂面时，线圈中电流的方向不变．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练两个特殊位置对比中性面中性面的垂面位置线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场平行磁通量最大零磁通量变化率零最大感应电动势零最大感应电流零最大电流方向改变不变自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练特别提醒在线圈转动过程中，磁通量最大时，磁通量变化率恰好为零，磁通量为零时，磁通量变化率恰好最大，感应电动势的大小由磁通量变化率决定．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练【典例1】如图2-1-6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开始计时，则在0～π2ω这段时间内()．A．线圈中的感应电流一直在减小B．线圈中的感应电流先增大后减小C．穿过线圈的磁通量一直在减小D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小交变电流的产生图2-1-6自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练思路点拨首先判断t＝0时，线圈所在位置与中性面的关系，再判断其电流的变化情况．解析在现在这个位置上，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～π2ω时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大．答案AD借题发挥当线圈处于中性面位置时，磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；当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，感应电动势最大．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练【变式1】(单选)线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图2-1-7所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是()．A．磁通量和感应电动势都在变大B．磁通量和感应电动势都在变小C．磁通量在变小，感应电动势在变大D．磁通量在变大，感应电动势在变小图2-1-7自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练解析由题图可知，Φ＝Φmcosθ，e＝Emsinθ，所以磁通量变大，感应电动势变小．答案D自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练【典例2】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时()．A．线圈平面与磁感线方向平行B．通过线圈的磁通量达到最大值C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值D．线圈中的电动势达到最大值解析中性面是磁通量最大的位置，也是磁通量变化率为零的位置，在该位置上磁通量最大，感应电动势为零，无感应电流．答案B中性面的特性自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练借题发挥中性面在研究交变电流产生时起很关键的作用，关键是能够区分这样几个概念：磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率；电流大小的改变，电流方向的改变等几个物理量在中性面这个位置的特点．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练【变式2】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，通过线圈平面的磁通量不断变化，什么位置磁通量最大，什么位置磁通量为零，什么位置电流最大，什么位置电流最小？答案线圈平面与中性面重合时，穿过线圈的磁通量Φ最大，但磁通量的变化率ΔΦΔt最小为零，感应电动势为零；感应电流为零；电流方向将发生改变．线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈的磁通量Φ＝0，但磁通量的变化率ΔΦΔt最大，感应电动势最大，感应电流最大．自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练交变电流的产生1．(双选)如图中的线圈产生了交流电的是()．解析当线圈绕垂直于磁场的轴转动时，磁通量发生改变产生交流电，B、C选项符合要求，线圈绕平行于磁场的轴转动时磁通量不变，不产生感应电流，A、D选项不符合要求．答案BC自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练中性面的特性2．(单选)关于中性面，以下说法不正确的是()．A．中性面就是穿过线圈的磁通量为零的面B．中性面就是线圈中磁通量变化率为零的面C．线圈过中性面时，电流方向必改变D．中性面就是线圈内感应电动势为零的面解析线圈转至中性面时，线圈平面与磁感线垂直，所以此时穿过线圈的磁通量最大磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，电流方向改变．答案A自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练3．(双选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿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，各边不切割磁感线自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练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速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变．垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大．故C、D正确．答案CD自主学习名师解疑活页规范训练分类例析课堂对点演练见Word版活页训练