人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流教学ppt课件

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DISANZHANG第三章1　交变电流 1.通过实验观察交变电流的方向。2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式。3.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式(重点)。4.了解交流发电机的构造及工作原理。 学习目标 一、交变电流二、交变电流的产生三、交变电流的变化规律课时对点练四、交流发电机 内容索引交变电流一1.交变电流：大小和方向随时间做　　　　变化的电流叫作交变电流，简称　　　。2.直流：　　　不随时间变化的电流称为直流。大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。周期性交流方向下列属于交变电流的是　　　　　；属于直流的是　　　　　。交变电流与直流的本质区别是　　　　　　　　　　　　　。 思考与讨论(1)(2)(6)(3)(4)(5)电流方向是否随时间变化返回交变电流的产生二交变电流的产生过程分析(1)为研究问题方便，常用到正视图。请画出上图中甲、乙、丙、丁4个位置的正视图。答案　(2)分析线圈在转动过程中的电动势情况或感应电流的方向。①如图甲：线圈平面　　　　磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线______，线圈　　　　感应电动势；②如图乙：线圈由图甲位置逆时针转过90°至图乙位置时，线圈平面与磁感线　　　，AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势　　　，线圈中的感应电流也　　　，感应电流方向为　　　　　　　；垂直于平行不产生平行最大最大D→C→B→A③如图丙：线圈由图乙位置再逆时针转过90°至图丙位置时，线圈平面又　　　于磁感线，线圈　　　　感应电动势；④如图丁：线圈由图丙位置再逆时针转过90°至图丁位置时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为　　　　　　　。垂直不产生A→B→C→D 梳理与总结垂直垂直最大000中性面发生两 0最大最大最大(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)线圈在垂直中性面位置时电流的方向发生改变。(　　)(4)从线圈平面与中性面垂直开始计时，在线圈转动2圈的过程中电流方向改变4次。(　　)×××√　如图所示的线圈匀速转动或做匀速直线运动，能产生交变电流的是√A图中，转轴与磁场平行，线圈中磁通量不会发生变化，故没有感应电流产生，故A错误；B图中，根据E=BLv可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，故B错误；C图中，穿过闭合回路的磁通量不变，没有感应电流产生，故C错误；D图中，线圈绕垂直磁场的转轴转动，可以产生交变电流，故D正确。　 (2024·湖北云学名校联盟高二月考)2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲。“南鲲号”发电原理可作如图乙简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是A.图乙中线圈所在位置是中性面B.在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量最大C.在图乙所示位置时，线圈a端电势高于b端电势D.在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到　的安培力方向向上√题图乙中线圈所处位置与磁感线平行，穿过线圈的磁通量最小，与中性面垂直，故A、B错误；根据右手定则可知此时线圈内部电流从b到a，则线圈转动到如题图乙所示位置时a端电势高于b端电势，故C正确；线圈内部电流从b到a，根据左手定则可知线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向下，故D错误。返回交变电流的变化规律三如图所示，矩形线圈平面绕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：(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？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。梳理与总结1.正弦式交变电流：矩形线圈在匀强磁场中绕 的轴匀速转动时，产生按　　　规律变化的交变电流，叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。2.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式e=　　　　 ，其中Em=　　　　为交变电流的峰值。 垂直于磁场方向正弦Emsin ωtNBSω说明：(1)若从与中性面垂直的位置开始计时，则e=Emcos ωt。(2)电动势峰值Em=NBSω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。    (2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，感应电动势的瞬时值表达式；  (3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值；     (5)电阻R两端电压的瞬时值表达式。  确定正弦式交变电流的电动势瞬时值表达式的基本方法1.确定线圈转动从哪个位置开始计时，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=NBSω。4.写出瞬时值表达式e=Emsin ωt或e=Emcos ωt。　(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√√√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，即题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，线圈恰通过中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，选项D正确。 　　 (2023·北京市海淀区高二期末)某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd处于匀强磁场中，通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈绕垂直磁场方向的轴OO'转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Ф随时间t变化的图像，则A.t=0时刻线圈处于中性面位置B.t2时刻穿过线圈的磁通量为零，感应电动　势也为零C.t3时刻，穿过线圈的磁通变化率为零，感应电动势为零D.t2、t4时刻电流方向发生改变，线圈转动一周，电流方向改变两次√ 返回 交流发电机四1.工作原理：法拉第电磁感应定律。2.主要构造：　　　和　　　。3.分类(1)旋转电枢式发电机：　　　转动，　　　不动。(2)旋转磁极式发电机：　　　转动，　　　不动。4.发电机的能量转换发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。电枢磁体电枢磁极磁极电枢　 (2023·上海市延安中学高二期末)关于交流发电机和直流电动机，下列说法正确的是A.电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把机械能转化为电能B.电动机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把电能转化为机械能C.发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能D.发电机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把机械能转化为电能√电动机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把电能转化为机械能，故A错误，B正确；发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时把机械能转化为电能，故C、D错误。返回课时对点练五考点一　交变电流的理解与产生1.下列所示图像中属于交变电流的有123456789101112基础对点练√交变电流是指电流、电压大小和方向均随时间周期性变化的电流，由题图可知，A正确。2.(2023·荆门市龙泉中学高二月考)以下四种情景中产生正弦式交变电流的是A.图甲中矩形线圈与磁感线平行且绕与匀强磁场　方向垂直的中心轴沿逆时针方向转动B.图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀　强磁场中，线圈按图示方向绕轴线OO'匀速转动C.图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈　abcd，铁芯绕轴线以角速度ω转动D.图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中心　轴OO'转动123456789101112√123456789101112题图甲中线圈在匀强磁场中转动，线圈转动不切割磁感线，磁通量不发生变化，不产生感应电流，故A错误；题图乙中虽然只有一半线圈处于磁场，但线圈转动得到的是正弦式交流电，故B正确；123456789101112题图丙为辐向磁场，无论线圈转到何处位置，感应电动势大小不变，得到的不是正弦式交变电流，故C错误；题图丁中矩形线圈转轴平行于磁场方向，线圈转动不切割磁感线，磁通量不发生变化，不产生感应电流，故D错误。3.(多选)(2024·铜仁市高二期末)下列图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向匀速转动，下列说法正确的是A.甲→乙过程中，AB边中的电流由A→BB.丙→丁过程中，AB边中的电流由A→BC.图甲位置线圈中感应电动势最大D.图乙位置线圈中感应电流最大123456789101112√√123456789101112甲→乙过程中，根据右手定则，AB边中的电流由B→A，故A错误；丙→丁过程中，根据右手定则，AB边中的电流由A→B，故B正确；题图甲位置，线圈中磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电动势最小，为零，故C错误；题图乙位置，线圈中磁通量为零，磁通量变化率最大，线圈中感应电动势最大，感应电流最大，故D正确。 123456789101112√123456789101112感应电动势的瞬时值表达式e=Emsin ωt，而Em=NBωS，ω=2πn，当n提高一倍时，ω加倍；当ω加倍而S减半时，Em不变，e'=Emsin 2ωt，故C正确。5.(2024·南阳市高二期末)如图所示，空间有一匀强磁场水平向右，一正方形导线框abcd平行于磁场方向放置，已知导线粗细均匀，若该线框分别绕不同轴线以相同大小的角速度旋转，以下说法正确的是A.线框绕ac轴旋转，线框中不会产生交流电B.线框分别绕AB轴和CD轴从图示位置开始转动时产生　的交流电相同C.若以ab为轴转动，不会产生周期性电流，但a、d两点间会有电势差D.沿AB方向观察，从图示位置开始线框分别绕ad轴和bc轴顺时针转动，　线框中瞬间产生的感应电流方向相反123456789101112√123456789101112绕ac轴旋转时，回路磁通量变化，线框中有交流电产生，A错误；绕AB轴转动时在线框中产生正弦式交流电，绕CD轴转动时，回路磁通量不变，无交流电产生，B错误；若以ab为轴转动，线框无磁通量变化，不会产生交流电，但会在cb、da边产生电动势，a、d两点间会有电势差，C正确；以ad或bc为轴，根据楞次定律，电流方向均为abcd，D错误。 123456789101112√123456789101112 考点三　交变电流的图像7.(2023·榆林市高二期末)一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甲所示，则以下说法中正确的是A.t=0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t=0.01 s时刻，Φ的变化率最大C.t=0.02 s时刻，交变电流的电动势达到最大D.该线圈产生的交变电流的电动势随时间变化的图像如图乙123456789101112√123456789101112t=0时刻，穿过线圈的磁通量最大，则线圈平面位于中性面位置，A错误；t=0.01 s时刻，Φ-t图像斜率的绝对值最大，则Φ的变化率最大，B正确；t=0.02 s时刻，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为0，C错误；穿过线圈的磁通量最大时，感应电动势为0，穿过线圈的磁通量为0即磁通量变化率最大时，感应电动势最大，题图乙不符，D错误。8.如图所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO'以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ=45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图像中可能正确的是123456789101112√123456789101112以线圈平面与磁场夹角θ=45°时为计时起点，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，为负值，且穿过线圈的磁通量减小，电流增大，故选项C正确。9.(多选)如图所示，一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，转动过程中线框产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=0.5sin (20t) V，由该表达式可推知的物理量有A.匀强磁场的磁感应强度B.线框的面积C.穿过线框的磁通量的最大值D.线框转动的角速度123456789101112能力综合练√√123456789101112根据正弦式交变电流的感应电动势的瞬时值表达式e=BSωsin ωt可得ω=20 rad/s，而穿过线框的磁通量的最大值为Φm=BS，根据BSω=0.5 V可知磁通量的最大值Φm=0.025 Wb，无法求出匀强磁场的磁感应强度和线框的面积，故C、D正确。10.(2024·张家口市高二期末)如图所示是某教学楼东面墙上的一扇钢窗，将钢窗右侧向外匀速打开，推窗人正好看见太阳冉冉升起。以推窗人的视角来看，在钢窗中地磁场磁通量增大的过程中A.钢窗中产生了逆时针电流，感应电动势的大小不变B.钢窗中产生了顺时针电流，感应电动势的大小是变化的C.钢窗竖直边框受到地磁场的安培力的方向是不变的D.钢窗中磁通量最大时，感应电动势也达到最大值123456789101112√123456789101112将钢窗右侧向外匀速打开，则穿过窗口的磁通量向北增加，则根据楞次定律，钢窗中产生了逆时针电流，因磁通量的变化不是均匀的，则感应电动势的大小是变化的，选项A、B错误；钢窗中产生的感应电流方向不变，磁场方向不变，则钢窗竖直边框受到地磁场的安培力的方向是不变的，选项C正确；钢窗中磁通量最大时，磁通量的变化率最小，则感应电动势最小，选项D错误。A.第二次是a图B.第二次是c图C.第三次是b图D.第三次是d图11.为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图甲所示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸123456789101112√内)，并从图甲所示位置(线圈平面与磁感线垂直)开始计时，此时产生的交变电流如图乙所示。第二次他仅将转轴移至ab边上，第三次相对于第一次，他仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，关于后两次电流随时间变化的图像，下列说法正确的是123456789101112第二次他仅将转轴移到ab边上，产生的交流电的电动势E=BSωsin ωt，产生的交变电流与题图乙一样，故A、B错误；第三次仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，在完整的周期内，一直只有一个边切割磁感线，所以交变电流的最大值减半，故C错误，D正确。 123456789101112(1)写出线框中产生的感应电动势的瞬时值表达式； 123456789101112 123456789101112(2)求出由图示位置转过30°过程中线框产生的平均电动势；  123456789101112(3)作出线框中感应电动势随时间变化的e-t图像。答案　见解析图线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示。返回