2020版高中物理第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.pdf

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1、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

2、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＝Esin_ωt，m瞬时电压：u＝Usin_ωt，m瞬时电流：i＝Isin_ωt.m式中E、U、I分别表示电动势、电压、电流的最大值．mmm2．交流电的图象(如图2所示)图2想一想正弦式

3、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L，BC边长为L，磁感应强度为B，12AB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，e＝e＝0，e＝0ABCDωL1(2)在图丙中，e＝BLv＝BL2＝BSωAB11221同理e＝BSωCD2所以e＝e＋e＝BSωABCD1(3)在图乙中，e＝BLvsinωt＝BLLωsinω

4、t＝AB12121BSωsinωt21同理e＝BSωsinωtCD2所以e＝e＋e＝BSωsinωtABCD若线圈有n匝，则e＝nBSωsinωt2．两个特殊位置(1)中性面(S⊥B位置)ΔΦ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.Δt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)ΔΦΦ为0，为最大，e最大，i最大．Δt3．正弦式交流电的峰值E＝nBSωm4．正弦式交流电的瞬时值表达式e＝Esinωt，u＝Usinωt，i＝Isinωtmmm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

5、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

6、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

7、、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E＝nBSω和瞬时值e＝Esinωt的理解mm1．对峰值的理解(1)对转轴的要求：在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足E＝nBSω.m(2)决定因素：由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与轴的位置无关．如图5所示的几种情况中，如果n、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均为E＝nBSω.m图52．对瞬时值的理解必须明确是从中