2019版高中物理 第2章 交变电流与发电机 2.1 怎样产生交变电流学案 沪科版选修3-2.doc
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1、12.12.1 怎样产生交变电流怎样产生交变电流目标定位 1.会观察电流(或电压)的波形图,理解交变电流和直流的概念.2.理解交变电流的产生过程,会分析电动势和电流方向的变化规律.3.知道交变电流的变化规律及表示方法,知道交变电流的瞬时值、最大值的物理含义.一、交变电流两个发光二极管接成如图 1 所示电路图 1(1)把电路接在干电池的两端时,可以观察到的现象是什么?(2)把电路接在手摇式发电机两端时,又会观察到怎样的现象?答案 (1)当接在干电池两端时,只有一个发光二极管会亮.(2)当接在手摇式发电机两端时,两个发光二极管间或闪亮,原因是发电机产生与直流不同的电流,两个发光二极管一会儿接通这一
2、个,一会儿再接通另外一个,电流方向不停地改变.要点总结1.交流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流,简称交流.2.直流:方向不随时间变化的电流称为直流.大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流方向是否变化.例 1 (多选)如图所示的图像中属于交变电流的有( )2答案 ABC解析 选项 A、B、C 中e的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,但不是正弦式交变电流;选项 D 中e的方向未变化,故是直流.二、交变电流的产生图 2假定线圈沿逆时针方向匀速转动,如图 2 甲至丁所示.请分析判断:(1)图中,在线圈由甲转到乙的过程中,AB边中电流向
3、哪个方向流动?(2)在线圈由丙转到丁的过程中,AB边中电流向哪个方向流动?(3)当线圈转到什么位置时线圈中感应电动势为零,转到什么位置时线圈中的感应电动势最大?(4)大致画出线圈转动一周的过程中,电动势e随时间变化的曲线,从 E 经过负载流向 F 的电流记为正,反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻.答案 (1)由B到A (2)由A到B (3)线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电动势为零,称为中性面.线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电动势最大. (4)3要点总结1.交流发电机的构造:主要由可转动的线圈(电枢)和磁体两部分组成.2.正弦式交变电流的产生:将闭合线圈置于匀强
4、磁场中,并绕垂直磁场方向的轴匀速转动.3.中性面线圈平面与磁感线垂直时的位置(1)线圈处于中性面位置时,穿过线圈的最大,但线圈中的感应电动势为零(填“最大”或“零”).(2)线圈每次经过中性面时,线圈中感应电动势方向都要改变.线圈转动一周,感应电动势方向改变两次.4.旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机(1) 旋转电枢式发电机产生电压一般不超过 500 V定子:磁体 转子:线圈(2) 旋转磁极式发电机能产生几千伏到几万伏电压定子:线圈 转子:磁体5.交变电流的电能从哪里来从能量转化的角度看,发电机是把机械能转变为电能的机器.例 2 (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了
5、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,所以感应电动势等于零,也应该知道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也就在此时刻变化.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垂直切割,有效切割速度最大,所以感应电动势最大,也可
6、以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大.故 C、D 选项正确.三、交变电流的变化规律如图 3 所示是图 2 中线圈ABCD在磁场中绕轴OO转动时的截面图.设AB边长为L1,BC边长为L2,线圈面积SL1L2,磁感应强度为B,线圈转动的角速度为,则:4图 3(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大?(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大?(3)若线圈有n匝,则甲、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大?答案 (1)甲:eAB0乙:eABBL1vsin tBL1sin tL2 2BL1L2sin tBSsin t1 21 2丙:eABBL1vBL1BL1L2BSL2 21 21
7、2(2)整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生,且eABeCD,所以甲:e0乙:eeABeCDBSsin t丙:eBS(3)若线圈有n匝,则相当于n个完全相同的电源串联,所以甲:e0乙:enBSsin t丙:enBS要点总结1.正弦式交变电流的瞬时值表达式(1)当从中性面开始计时:eEmaxsin t.(2)当从与中性面垂直的位置开始计时:eEmaxcos t.2.正弦式交变电流的最大值表达式EmaxnBS与线圈的形状及转动轴的位置无关.(填“有关”或“无关”)3.两个特殊位置(1)中性面:线圈平面与磁场垂直.最大,为 0,e为 0,i为 0.(填“0”或“最大”) t线圈每次经过中性面
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