1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-2 第五章 交变电流成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 交变电流 第五章 第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第一节 交变电流第五章 第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 8易错案例剖析 6课堂知识构建 7第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 学习目标定位第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 知道什
2、么是交变电流掌握交变电流的产生及变化规律理解正弦交流电的图象及表达式第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 课堂情景切入第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 我们的日常生活离不开电，城市的灯火辉煌、工厂里的机器轰鸣，一切都离不开电。长江三峡水力发电站已投入生产，各地火力发电厂比比皆是，它们的共同之处就是生产和输送的大多都是交变电流(如图是实验室手摇发电机产生的交变电流)。什么是交变电流？与直流电流有什么不同？它又是如何产生的呢？第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 知识自主梳理第五章 1成才之路 高中新课程
3、 学习指导 人教版 物理 选修3-2 1交变电流大小和方向都随时间做_的电流。注：大小不变方向改变的电流也是交变电流。2直流电：_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_。(2)交变电流的图象有时会在时间轴的上方，有时会在时间轴的下方，即随_做周期性变化。交变电流周期性变化方向平行的直线时间第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 交变电流的产生1产生方法闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴_转动。2产生过程(示意图)。(在下面横线上填“ABCD”或“DCBA”)匀速第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 注：在甲
4、、丙位置时线圈中没有电流，在乙、丁位置时线圈中电流最大。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 3中性面线圈平面与磁场_的位置。垂直第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 1正弦式交变电流(1)定义：按_变化的交变电流，简称正弦式电流。(2)函数和图象：交变电流的变化规律函数图象瞬时电动势：e_瞬时电压：u_瞬时电流：i_正弦规律EmsintUmsintImsint第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 特别提醒：表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压和电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。第五章
5、1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2几种不同类型的交变电流第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 重点难点突破第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 一、交变电流的产生过程1产生在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图所示。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2过程分析如图所示。(图A)第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (图B)(1)如图A所示：线 圈 由 甲 位 置 转 到 乙 位 置 过 程 中，电 流
6、方 向 为abcd。线 圈 由 乙 位 置 转 到 丙 位 置 过 程 中，电 流 方 向 为abcd。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 线 圈 由 丙 位 置 转 到 丁 位 置 过 程 中，电 流 方 向 为badc。线 圈 由 丁 位 置 转 到 戊 位 置 过 程 中，电 流 方 向 为badc。(2)如图B所示：在乙位置和丁位置时，线圈垂直切割磁感线，产生的电动势和电流最大；在甲位置和丙位置时，线圈不切割磁感线，产生的电动势和电流均为零。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 3两个特殊位置物理量的特点名称中性面中性面的垂
7、面位置线圈平面与磁场垂直线面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第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 特别提醒：(1)线圈每一次经过中性面，线圈中感应电流就要改变方向。(2)线圈转一周，感应电流方向改变两次。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (烟台二中20142015学年高二检测)如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是导学号 12220183()A线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图
8、示位置ab边的感应电流方向为abD线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：C解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次。线圈处于图示位置时，ab边向右运动，ab边的感应电流方向为ab；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2
9、二、交变电流的规律分析1瞬时值表达式的推导若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间t(1)线圈转过的角度为t(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角t(3)ab边转动的线速度大小：vRLad2(4)ab边产生的感应电动势：eabBLabvsinBS2 sint第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (5)整个线圈产生的感应电动势：e2eabBSsint，若线圈为n匝，enBSsint2峰值表达式由 e NBSsint 可 知，电 动 势 的 峰 值 Em NBS Nm，与线圈的形状及转轴位置无关第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2
10、特别提醒：(1)若线圈从中性面开始计时，eEmsint。,若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost，所用瞬时值表达式与开始计时的位置有关。(2)物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流都统称为正弦式交变电流，简称正弦式电流。(3)交变电动势的峰值EmNBS，由线圈匝数N，磁感应强度B，转动角速度及线圈面积S决定。当线圈转到穿到线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列说法正确的是导学
11、号 12220184()第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A感应电动势最大值相同B感应电动势瞬时值不同C感应电动势最大值、瞬时值都不同D感应电动势最大值、瞬时值都相同答案：AD解析：感应电动势的最大值为EmBS，A正确；感应电动势的瞬时值eEmsint与转轴位置无关，图中都以中性面位置计时，故瞬时值相同，D正确，B、C错误。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 三、正弦式交变电流的图象1正弦曲线正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示。第五章 1成才之路 高中
12、新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2从图象中可以解读到以下信息(1)交变电流的最大值Im、Em。(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)可找出线圈平行磁感线的时刻。(4)判断线圈中磁通量的变化情况。(5)分析判断i、e随时间的变化规律。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 特别提醒：解决图象问题的基本方法：一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”。二变：掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”之间的变通能力。三判断：结合图象和公式进行正确分析和判断。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导
13、人教版 物理 选修3-2 (河北冀州中学 20132014 学年高二检测)如图一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势 e 随时间 t 的变化如图，下列说法中正确的是导学号 12220185()第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻线圈位于中性面Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e变化方向时，通过线圈的磁通量最大答案：D解析：t1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A、C错误；t2时刻感应电动势最大，线圈位于中性面的垂直
14、位置，穿过线圈的磁通量为零，B错误；由于线圈每经过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e变换方向，所以D正确。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 考点题型设计第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (1)当线圈处于如图甲所示中性面的位置时，线圈中的感应电流是多少？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？(2)当线圈处于如图乙所示与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边切割磁感线的速度有何特点？线圈中的感应电流是多少？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？对交变电流产生过程的理解如 图 所 示 是 交 流 发 电 机 的 示 意 图。导
15、学号 12220186第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：(1)线圈处于题图甲所示中性面的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向平行，所以不切割磁感线，线圈中的感应电流是零，磁通量变化率为零。(2)线圈处于与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电流最大，磁通量的变化率最大。答案：见解析第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 一台发电机的结构示意图如图甲所示，其中 N、S 是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M 是圆柱形铁芯，铁芯外套有一
16、矩形线圈，线圈绕铁芯 M 中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图甲所示位置开始计时，此时电动势为正值，图乙中能正确反映线圈中的感应电动势 e 随时间 t 的变化规律的是导学号 12220187()第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：D解析：由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次，选项D正确。第五章 1成才之路
17、 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 对交变电流图象的理解(南师附中 20142015 学年高二检测)线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交 变 电 流 的 图 象 如 图 所 示，由 图 可 知导学号 12220188()A在A、C时刻线圈处于中性面位置B在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零C从A时刻到D时刻线圈转过的角度为D若从0时刻到D时刻经过0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：D解析：A、C 时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，B、D 时刻感应电流为零，线圈在中性面，此时磁通量最大。从 A 时刻
18、到 D 时刻线圈转过角度为32。若从 0 时刻到 D 时刻经过 0.02s，则 T0.02s，则在 1s 内交变电流的方向改变 10.022100 次，故 D 正确。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 一只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象如图甲所示。则下列说法正确的是 导学号 12220189()第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01s时刻，的变化率最大C.t0.02s时刻，交流电动势达到最大D该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示答
19、案：B解析：由题图甲可知，t0和t0.02s时刻，值最大，线圈平面恰在中性面位置，感应电动势为零，而t图象在t0.01s和t0.03s时刻切线的斜率最大，即的变化率最大，交流电动势达到最大值。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 交变电流的变化规律如图所示，匀强磁场 B0.1T，所用矩形线圈的匝数 N100，边长 lab0.2m，lbc0.5m，以角速度 100rad/s 绕 OO轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：导学号 12220190(1)线圈中感应电动势随时间变化的表达式。(2)由 t0 至 tT4过程中的平均电动势值。第五章 1成才之路 高
20、中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：(1)感应电动势的瞬时值eNBSsint，由题可知：Slablbc0.20.5m20.1m2EmNBS1000.10.1100V314V所以e314sin100t(V)(2)用 ENt 计算 t0 至 tT4过程中的平均电动势EN|20|T40N|0BS|T44NBS2即 E2NBS代入数值得 E200V第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：(1)e314sin100t(V)(2)200V点评：要理解平均电动势既不是最大电动势值的一半，也不是等于历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解。第五章
21、 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 如图所示，矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，边 ad 在轴OO上，若线圈绕轴匀速转动，产生的交流电动势 eEmsint，如果将其转速增加一倍，其他条件保持不变，则电动势的表达式为 导学号 12220191()Ae2EmsintBe2Emsin2tCeEmsintDeEmsin2t第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 答案：B解析：设原来转速为n，则角速度2n，感应电动势的峰值EmNBS当转速增加一倍，即为2n时，其角速度22n2此时，感应电动势的峰值EmNBS22Em，可见，此时电动势eEmsint2
22、Emsin2t，故选项B正确。第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 易错案例剖析第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 易错点：不能正确判定交变电流的大小和方向案例：如图甲所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿abcda为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是图乙中的 导学号 12220192()第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因B只分析
23、对了线圈在0到90的转动过程中感应电流的方向，在90到180时分析过程中，电流的方向产生了错误C在0到90的分析过程中，电流的大小产生了错误D在0到90的分析过程中，电流的方向产生了错误第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 正确解答：若从图示位置开始计时，在线圈转动90的过程中，只有ab边切割磁感线，相当于向右切割，故感应电流的方向为adcba，为负方向，大小相当于半个线圈在磁场中转动，但还是正弦的形式，这一部分A、B的表示都是正确的；在线圈转动90到180的过程中，只有cd边切割磁感 线，相 当 于 向 左 切 割，故 感 应 电 流 的 方 向 为adcba，为负方向，大小相当于半个线圈在磁场中转动，但还是正弦的形式，这一部分B项表示的方向是不正确的；再按同样的方法继续分析可以得到A项是正确的。正确答案：A第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 课堂知识构建第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第五章 1成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 课 时 作 业（点此链接）
