高中物理 第3章 交变电流 3.2 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讲交变电流是怎样产生的[目标定位]1.认识交流发电机，了解交流发电机的结构.2.理解交变电流产生的原理，知道中性面的概念.3.能用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.4.能用交变电流的变化规律解决实际问题．一、交流发电机1．发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成．2．磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为旋转电枢式发电机．反之，称为旋转磁极式发电机．二、交变电流的产生原理1．典型模型图1想一想如图1所示，当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？线圈转到哪些位置时没有感应电流？答案当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，AB、CD边切割磁感线产生感应电流．线圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们称之为中性面．2．在线圈连续转动过程中，感应电流的大小和方向都将随时间做周期性变化．线圈每经过中性面1次，感应电流的方向就改变1次；线圈每转动1周，感应电流的方向就改变2次．三、交变电流的变化规律1．正弦式交变电流瞬时值表达式当从中性面开始计时：瞬时电动势：e＝Emsin_ωt，瞬时电压：u＝Umsin_ωt，瞬时电流：i＝Imsin_ωt.式中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流的最大值．2．交流电的图象(如图2所示)图2想一想正弦式交变电流的图象一定是正弦函数曲线吗？答案不一定，根据计时起点不同，也可能是余弦函数曲线.一、交变电流的产生过程1．正弦式交流电的产生如图3所示，是线圈ABCD在匀强磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t转过的角度是ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，磁感应强度为B，AB边和CD边转动时切割磁感线产生感应电动势．图3(1)在图甲中，v∥B，eAB＝eCD＝0，e＝0(2)在图丙中，eAB＝BL1v＝BL1＝BSω同理eCD＝BSω所以e＝eAB＋eCD＝BSω(3)在图乙中，eAB＝BL1vsinωt＝BL1L2ωsinωt＝BSωsinωt同理eCD＝BSωsinωt所以e＝eAB＋eCD＝BSωsinωt若线圈有n匝，则e＝nBSωsinωt2．两个特殊位置(1)中性面(S⊥B位置)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，为0，e为0，i为0.线圈经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．(2)垂直中性面位置(S∥B位置)Φ为0，为最大，e最大，i最大．3．正弦式交流电的峰值Em＝nBSω4．正弦式交流电的瞬时值表达式e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt例1矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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．当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零答案CD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的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变；线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C、D选项正确．针对训练如图4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()图4A．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．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零答案C解析线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈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，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b；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，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大。二、对峰值Em＝nBSω和瞬时值e＝Emsinωt的理解1．对峰值的理解(1)对转轴的要求：在线圈所在平...