第05章 第1课时 交变电流-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（人教版选修3-2）浙江专用

第1课时　交变电流 [研究选考·把握考情] 知识内容[来源:学科网ZXXK][来源:学科网ZXXK] 交变电流[来源:学科网][来源:学科网] 考试要求[来源:Zxxk.Com][来源:学#科#网][来源:Zxxk.Com] 加试c 教学要求 1.知道交变电流，能区分直流和交变电流 2.知道交流发电机的基本结构与工作原理，了解中性面的概念 3.知道正弦式交变电流的图象描述 4.知道正弦式交变电动势、电压、电流的瞬时值表达式，理解峰值的意义 5.区分特殊位置的磁通量与磁通量变化率，理解磁通量变化率与电动势之间的关系 说明 1.不要求知道交流发电机各部分的名称 2.不要求推导交流电动势的瞬时值表达式 3.不要求计算线圈在磁场中转动时的电动势 知识点一　交变电流 [基 础 梳 理] 1.交变电流：大小和方向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。 3.图象特点： (1)恒定电流的图象是一条与时间轴平行的直线。 (2)交变电流的图象随时间做周期性变化，如正弦交变电流的图象： [即 学 即 练] 如图所示的各电流中不是交变电流的是________。 解析　由于交变电流的大小和方向随时间做周期性的变化，故B、C为交变电流的图象，A、D不是。 答案　AD 知识点二　交变电流的产生 [基 础 梳 理] 1.正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈置于匀强磁场中，并绕垂直磁场方向的轴匀速转动。 2.中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置。 (1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零。 (2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变。线圈转动一周，感应电流方向改变两次。 [要 点 精 讲] 1.正弦式交变电流的产生过程分析 如图1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)。具体分析如图2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。 图1 图2 2.交变电流产生过程中的两个特殊位置 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 e＝n＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 感应电流为零，方向改变 感应电流最大，方向不变 【例1】 下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流(　　) 解析　由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求。故选项B、C、D正确。 答案　BCD 知识点三　交变电流的变化规律 [基 础 梳 理] 1.正弦式交变电流瞬时值表达式： (1)当从中性面开始计时：e＝Emsin__ωt。 (2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcos__ωt。 2.正弦式交变电流的峰值表达式： Em＝nBSω 与线圈的形状及转动轴的位置无关。(填“有关”或“无关”) [要 点 精 讲] 1.交变电动势的峰值和交变电流的峰值 交变电动势最大值，由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此如图3所示的几种情况，若n、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。 图3 由欧姆定律得交变电流的峰值可表示为Im＝。 2.交变电流的瞬时值变化规律 若线圈给外电阻R供电，设线圈本身的电阻为r，由闭合电路的欧姆定律得i＝sin ωt，可写成i＝Imsin ωt。即线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫正弦式交变电流。 ＝ 【例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OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图4所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问： 图4 (1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？ (2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式； (3)线圈从中性面位置开始转过30°时，感应电动势的瞬时值是多大？ 解析　(1)交变电流电动势的峰值为 Em＝nBSω＝10×0.5×0.22×10π V＝6.28 V 电流的峰值为Im＝＝6.28 A。 (2)从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为 e＝Emsinωt＝6.28sin 10πt(V)。 (3)线圈从中性面位置开始转过30°，感应电动势的瞬时值 e＝Emsin30°