2017-2018学年高中物理（鲁科版,选修3-2）同步课件+学业分层测评+教师用书 第3章 第2节 交变电流是怎样产生的 （3份打包）

第2节　交变电流是怎样产生的 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.认识交流发电机，了解交流发电机结构． 2．理解交变电流的产生原理，知道中性面的概念．(重点) 3．掌握交变电流的变化规律，能用数学表达式和图象描述正弦交变电流的变化规律．(重点、难点) 4．理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表示出正弦交变电流的最大值、有效值和瞬时值．(重点、难点) 交 流 发 电 机 及 交 变 电 流 的 产 生 原 理 [先填空] 1．交流发电机的原理 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． 2．交流发电机的构造 发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成． 3．交流发电机的种类 两种类型 转子 定子 特点 旋转电枢式 电枢 磁极 电压低，功率小 旋转磁极式 磁极 电枢 电压高，功率大 4.交变电流的产生原理 (1)实验装置 让闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，感应电流的大小和方向都随时间做周期性变化． (2)过程分析 中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面． ①线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的感应电动势为零，感应电流为零． ②线圈经过中性面时，感应电流改变方向，线圈转动一周，两次通过中性面，感应电流方向改变2次． [再判断] 1．中性面特点是磁通量最大，但感应电动势为零．(√) 2．线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次．(×) 3．只要线圈在磁场中转动就会产生交变电流．(×) [后思考] 发电机工作过程中能量是如何转化的？ 【提示】　发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培力，安培力的作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电机把机械能转化成了电能． [合作探讨] 如图3－2－1所示是交流发电机的示意图，假定线圈沿逆时针方向转动，请思考讨论以下问题： 图3－2－1 探讨1：线圈在由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 【提示】　磁感线的方向由N指向S，当线圈由甲转到乙的过程中，向右穿过线圈ABCD的磁通量减少，根据楞次定律和安培定则可判断AB中的电流方向为由B流向A. 探讨2：线圈在由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 【提示】　磁感线的方向由N指向S，当线圈由丙转到丁的过程中，向右穿过线圈DABC的磁通量减少，根据楞次定律和安培定则可判断AB中的电流方向为由A流向B. 探讨3：当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？ 【提示】　当线圈转到甲和丙位置(中性面位置)时，AB、CD的速度方向都与磁感线方向平行，不切割磁感线，故线圈中没有感应电动势，没有感应电流． [核心点击] 对交变电流产生原理的理解 1.产生原理：由电磁感应定律可知，当闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动时，闭合回路中就有感应电流产生．当线圈在磁场中转动时，线圈所在的闭合回路中有感应电流产生，可用如图3－2－2所示的装置做实验，当线圈转动时，可以观察到电流表的指针来回摆动，说明流过电流表的电流大小和方向都在不停地变化 图3－2－2 2．产生过程：从中性面开始计时，t＝0时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电动势产生，如图3－2－3甲所示；t＝T时，ab、cd两边切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，线圈中感应电流方向是a→b→c→d，如图丁所示；t＝T时，图戊同图甲情况． T时，图丙同图甲情况；t＝T时，ab、cd两边切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，线圈中感应电流方向是d→c→b→a，如图乙所示；t＝ 图3－2－3 3．两个特殊位置物理量的特点比较 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 磁通量的变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 线圈边框切割磁感线的有效速度 零 最大 感应电流 零 最大 电流方向 改变 不变 1．(多选)图中哪些情况线圈中产生了交流电(　　) 【解析】　闭合线圈必须绕垂直于磁场的轴旋转，才能产生交变电流，且E＝nBSω对线圈形状无要求，B、C、D正确． 【答案】　BCD 2．(多选)关于中性面，下列说法中正确的是(　　) A．线圈在转动中经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零 B．线圈在转动中经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大 C．线圈每经过一次中性面，线圈中感应电流的方向就改变一次 D．线圈每转动一周，经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次 【解析】　中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置，线圈经过该位置时，穿过线圈的磁通量最大，各边都不切割磁感线，不产生感应电动势，所以磁通量的变化率为零，A正确