高中物理 第3章 交变电流 第2节 交变电流是怎样产生的学案 鲁科版选修3-2-鲁科版高二选修3-2物理学案VIP免费

第2节交变电流是怎样产生的1.认识交流发电机，了解交流发电机的结构．2.了解交变电流产生的原理，知道中性面的特点．3．掌握数学表达式和图象描述正弦交变电流的变化规律，知道最大值、有效值和瞬时值之间的关系．[学生用书P36])一、交流发电机1．原理：闭合导体与磁极之间做相对运动，穿过闭合导体的磁通量发生变化．2．构造：线圈(电枢)和磁极两部分．3．种类(1)旋转电枢式发电机：磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转．(2)旋转磁极式发电机：电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转．1．(1)发电机都是由转子和定子组成．()(2)所有的发电机中转子都是指磁极．()(3)交流发电机是把电能转变成其他形式能的装置．()提示：(1)√(2)×(3)×二、交变电流的产生原理1．条件：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．2．特点(1)中性面：线圈平面与磁感线垂直，线圈经过中性面时，感应电动势、感应电流为零．(2)与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流最大．(3)方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动1周，经过中性面两次，感应电流的方向改变两次．2．(1)线圈平面每经过中性面一次，感应电流及感应电动势方向都要改变一次．()(2)线圈每转动一周，感应电流及感应电动势方向就改变一次．()(3)线圈平面经过中性面时，感应电流为0.()提示：(1)√(2)×(3)√三、交变电流的变化规律1．函数表示e＝Emsinωt(条件：从中性面开始计时，其中：Em＝2nBlv＝nBωS)i＝Imsinωtu＝Umsinωt(其中：Um＝ImR)2．图象描述：如图所示．利用交变电流的图象能获取哪些信息？提示：由图象可直接获取最大值、周期，间接得到有效值、频率、角速度及瞬时值表达式．交变电流的产生及变化规律[学生用书P36]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．2．两个特定位置的特点图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥SB∥SΦ＝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3.正弦式交变电流的瞬时值表达式的推导：若矩形线圈在磁场中从中性面开始以角速度ω匀速转动，如图所示，则经时间t，(1)线圈转过的角度为ωt.(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt.(3)ab边转动的线速度大小：v＝ω.(4)ab边产生的感应电动势：eab＝BLabvsinθ＝·sinωt.(5)整个线圈产生的感应电动势：e＝2eab＝BSωsinωt，若线圈为n匝，e＝nBSωsinωt.(6)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得：i＝＝sinωt，即i＝Imsinωt，R两端的电压可记为u＝Umsinωt.命题视角1对中性面特点的考查(多选)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[解题探究]中性面位置的矩形线框和磁场方向有何关系？[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，不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以感应电动势等于零，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．故选项C、D正确．[答案]CD命题视角2交变电流瞬时值的书写及计算一台交流发电机，其线圈从中性面开始转动，产生的交流感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100πrad/s.(1)写出感应电动势的瞬时值表达式．(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流的瞬时值表...