第5章第1节交变电流—2019-2020人教版高中物理选修3-2课件(共50张PPT).ppt

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1、物理选修选修3-2 人教版人教版新课标导学新课标导学第五章交变电流返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版情情 景景 切切 入入发发电电站站中中的的发发电电机机能能把把天天然然存存在在的的能能量量资资源源(如如风风能能、水水能能、核核能能等等)转转化化成电能，通过高压输电线路，将电能输送到乡村、工厂、千家万户。成电能，通过高压输电线路，将电能输送到乡村、工厂、千家万户。来来自自发发电电厂厂的的电电有有什什么么特特性性？我我们们怎怎样样才才能能更更好好地地利利用用它它？这这一一章章我我们们就就来学习与此相关的内容。来学习与此相关的内容。返回导航第五章交

2、变电流物理选修3-2人教版知知 识识 导导 航航本本章章研研究究的的交交变变电电流流知知识识，有有着着广广泛泛的的应应用用，与与生生产产和和生生活活实实际际有有着着密密切切的联系。的联系。交交变变电电流流的的变变化化规规律律和和描描述述交交变变电电流流特特征征的的物物理理量量是是交交变变电电流流的的基基本本知知识识，是是这这一一部部分分的的核核心心内内容容。交交变变电电流流的的产产生生是是根根据据电电磁磁感感应应知知识识引引申申而而来来，起起了了承承前前启启后后的的作作用用。变变压压器器是是对对交交变变电电流流知知识识的的扩扩展展和和应应用用，又又为为后后续续将将要要学学习习的电磁振荡和电磁波

3、等知识奠定了重要的基础。的电磁振荡和电磁波等知识奠定了重要的基础。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版本本章章可可分分为为三三个个单单元元：第第一一单单元元(第第1、2节节)讲讲授授交交流流电电的的产产生生和和变变化化规规律律；讲讲授授表表征征交交变变电电流流的的物物理理量量。第第二二单单元元(第第3节节)讲讲授授电电感感和和电电容容对对交交变变电电流流的的影影响。第三单元响。第三单元(第第4、5节节)讲授变压器的工作原理和远距离输电。讲授变压器的工作原理和远距离输电。本章的重点：交变电流的产生、变化规律和变压器的工作原理。本章的重点：交变电流的产生、变化规律和变压器的工作原理。本章的难

4、点：正弦交流电的描述及变压器的实际应用。本章的难点：正弦交流电的描述及变压器的实际应用。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版学学 法法 指指 导导1本本章章是是电电磁磁感感应应的的发发展展和和应应用用。学学习习本本章章前前应应先先掌掌握握产产生生感感应应电电流流的的条条件及感应电动势的计算方法和正弦图象等数学知识的储备。件及感应电动势的计算方法和正弦图象等数学知识的储备。2本本章章学学习习过过程程中中特特别别要要注注意意从从交交变变电电流流的的产产生生出出发发，搞搞清清为为描描述述交交变变电电流流的的特特点点而而定定义义的的新新概概念念和和物物理理量量，如如：正正弦弦式式电电流流、中中性

5、性面面、瞬瞬时时值值、峰峰值值等，同时还能运用图象描述交变电流的规律。等，同时还能运用图象描述交变电流的规律。3对对比比方方法法是是本本章章的的主主要要物物理理方方法法，比比如如：对对比比瞬瞬时时值值、峰峰值值、有有效效值值和和平均值，对比直流和交流，在对比中加深理解，更利于掌握有关规律。平均值，对比直流和交流，在对比中加深理解，更利于掌握有关规律。4交交变变电电流流与与实实际际生生活活有有密密切切的的联联系系。学学习习本本章章时时要要注注意意理理解解生生活活、生生产产中与交流电有关的现象及应用。中与交流电有关的现象及应用。第一节交变电流第一节交变电流返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版

6、素养目标定位素养目标定位知道什么是交变电流知道什么是交变电流掌握交变电流的产生及变化规律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理解正弦交流电的图象及表达式返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版素养思维脉络素养思维脉络1 1课课前前预预习习反反馈馈2 2课课内内互互动动探探究究3 3核核心心素素养养提提升升4 4课课堂堂基基础础达达标标5 5课课后后课课时时作作业业返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版课前预习反馈课前预习反馈返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版1交变电流交变电流大小和方向都随时间做大小和方向都随时间做_的电流。的电流。注：大小不变方向改变的电流也

7、是交变电流。注：大小不变方向改变的电流也是交变电流。2直流电：直流电：_不随时间变化的电流。不随时间变化的电流。3图象特点图象特点(1)恒定电流的图象是一条与时间轴恒定电流的图象是一条与时间轴_。(2)交交变变电电流流的的图图象象有有时时会会在在时时间间轴轴的的上上方方，有有时时会会在在时时间间轴轴的的下下方方，即即随随_做周期性变化。做周期性变化。知识点知识点 1交变电流交变电流周期性变化周期性变化方向方向平行的直线平行的直线时间时间返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版1产生方法产生方法闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴_转动。转动。知识点知识点

8、2交变电流的产生交变电流的产生匀速匀速返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版2产生过程产生过程(示意图示意图)。(在在下下面面横横线线上上填填“ABCD”或或“DCBA”)注注：在在甲甲、丙丙位位置置时时线线圈圈中中没没有有电电流流，在在乙乙、丁丁位位置置时时线线圈圈中中电电流最大。流最大。3中性面中性面线线圈圈平平面面与与磁磁场场_的的位位置。置。ABCDDCBA ABCDDCBA 垂直垂直返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版1正弦式交变电流正弦式交变电流(1)定义：按定义：按_变化的交变电流，简称正弦式电流。变化的交变电流，简称正弦式电流。(2)函数和图象：函数和图象：知识点知识

9、点 3交变电流的变化规律交变电流的变化规律正弦规律正弦规律EmsintUmsintImsint返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版2.几种不同类型的交变电流几种不同类型的交变电流返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版判一判判一判(1)如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流。如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流。()(2)直流电的大小可以变化，但方向一定不变。直流电的大小可以变化，但方向一定不变。()(3)交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的。交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的。()(4)当穿过线圈的磁通量为当穿过线圈的磁通量为0时，线圈中的感应电动势也为时，线圈中的感

10、应电动势也为0。()(5)每每当当线线圈圈经经过过中中性性面面时时，感感应应电电动动势势或或感感应应电电流流的的方方向向就就改改变变一一次次。()(6)当线圈位于中性面位置时，线圈中的感应电动势最大。当线圈位于中性面位置时，线圈中的感应电动势最大。()思考辨析思考辨析 返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版选一选选一选(2019山山东东师师大大附附中中高高二二上上学学期期学学分分认认定定)如如图图所所示示图图象象中中属属于于交交流流电电的的有有()解解析析：交交流流电电是是指指电电流流的的方方向向发发生生变变化化的的电电流流，电电流流的的大大小小是是否否变变化化对对其其没有影响，电流的方向

11、变化的是没有影响，电流的方向变化的是ABC，故，故ABC是交流电，是交流电，D是直流电。是直流电。ABC返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版想一想想一想如如图图一一矩矩形形线线圈圈，绕绕垂垂直直于于匀匀强强磁磁场场并并位位于于线线圈圈平平面面的的固固定定轴轴转转动动，线线圈圈中中的的感感应应电电动动势势e随随时时间间t的的变变化化如如图图，试试讨讨论论t1、t2、t3、t4时时刻刻线线圈圈处处于于什什么么位位置？置？答答案案：t1、t3时时刻刻线线圈圈平平面面处处于于与与磁磁场场垂垂直直的的位位置置；t2、t4时时刻刻线线圈圈平平面面与与磁磁场平行。场平行。返回导航第五章交变电流物理选修

12、3-2人教版解解析析：t1、t3时时刻刻感感应应电电动动势势为为零零，线线圈圈位位于于中中性性面面位位置置，所所以以穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大，线线圈圈平平面面垂垂直直于于磁磁场场；t2、t4时时刻刻感感应应电电动动势势最最大大，线线圈圈位位于于中中性性面面的的垂垂直直位位置置，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量为为零零，线线圈圈平平面面平平行行于于磁磁场场(即即题题图图中中位位置置)。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版课内互动探究课内互动探究返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版探究一交变电流的产生过程探究一交变电流的产生过程 线圈在匀强磁场中匀速转动，当处于如图所示

13、位置时，请观察并思考：线圈在匀强磁场中匀速转动，当处于如图所示位置时，请观察并思考：切切割割磁磁感感线线的的两两条条边边的的速速度度方方向向与与磁磁场场方方向向是是什什么么关关系系？此此时时感感应应电电动动势势为多少？为多少？1返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版提提示示：(1)图图示示位位置置左左右右两两条条边边的的速速度度方方向向与与磁磁场场方方向向平平行行，不不切切割割磁磁感感线线，不产生感应电动势。不产生感应电动势。(2)从从磁磁通通量量变变化化的的角角度度分分析析，图图示示位位置置磁磁通通量量最最大大，但但变变化化率率为为0，所所以以感应电动势为感应电动势为0。返回导航第五章交

14、变电流物理选修3-2人教版1产生产生在在匀匀强强磁磁场场中中，绕绕垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的轴轴匀匀速速转转动动的的线线圈圈里里产产生生的的是是交交变变电电流，实验装置如图所示。流，实验装置如图所示。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版2过程分析过程分析如图所示。如图所示。(图图 A)返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版(图图B)返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版(1)如图如图 A所示：所示：线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为abcd。线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为abcd

15、。线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为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，电流方向为线圈由丁位置转到戊位置过程中，电流方向为badc。(2)如如图图B所所示示：在在乙乙位位置置和和丁丁位位置置时时，线线圈圈垂垂直直切切割割磁磁感感线线，产产生生的的电电动动势势和和电电流流最最大大；在在甲甲位位置置和和丙丙位位置置时时，线线圈圈不不切切割割磁磁感感线线，产产生生的的电电动动势势和和电电流均为零。流均为零。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版3两个特殊位置物理量的特点两个特殊位置物理量的特点名称名称中性面中性面中性面的垂面中性面的垂面位置位置线

16、圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场垂直线面平面与磁场平行线面平面与磁场平行磁通量磁通量最大最大零零磁通量的变化率磁通量的变化率零零最大最大感应电动势感应电动势零零最大最大线圈边框切割磁感线的有效速度线圈边框切割磁感线的有效速度零零最大最大感应电流感应电流零零最大最大电流方向电流方向改变改变不变不变返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版特别提醒：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。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。线圈转一周，感应电流方向改变两次。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版(2019广广东东深深

17、圳圳四四校校发发展展联联盟盟高高二二下下期期中中)交交流流发发电电机机发发电电示示意意图如图所示，图如图所示，例例 1返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版线圈转动过程中，下列说法正确的是线圈转动过程中，下列说法正确的是()A转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大B转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零C转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大D转到图丁位置时，转到图丁位置时，AB边感应电流方向为边感应电流方向为AB解解题题指指导导：交交变变电电流流的的产产生

18、生属属于于电电磁磁感感应应的的特特例例，可可根根据据楞楞次次定定律律和和法法拉拉第电磁感应定律判定各选项。第电磁感应定律判定各选项。D返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版解解析析：转转到到图图甲甲位位置置时时，线线圈圈平平面面与与磁磁感感线线垂垂直直，磁磁通通量量最最大大，但但磁磁通通量量变变化化率率最最小小，故故 A错错误误；转转到到图图乙乙位位置置时时，线线圈圈中中产产生生的的感感应应电电动动势势最最大大，故故B错错误误；转转到到图图丙丙位位置置时时，线线圈圈位位于于中中性性面面位位置置，此此时时感感应应电电流流为为零零，故故C错错误误；转到图丁位置时，根据楞次定律可知转到图丁位置时

19、，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为边感应电流方向为AB，故，故D正确。正确。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版B返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版探究二交变电流的变化规律探究二交变电流的变化规律若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经时间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：边转动的线速度大小：vR_(4)ab边产生的感应电动势：边产生的感应电动势：eabBLabvsin_(5)整个线

20、圈产生的感应电动势：整个线圈产生的感应电动势：e2eab_，若线圈为，若线圈为n匝，匝，e_。2sintBSsintnBSsint返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版1正弦式交变电流的表达式正弦式交变电流的表达式eEmsint，uUmsint，iImsint，其中，其中Em为最大值，也叫峰值。为最大值，也叫峰值。2正弦式交变电流的峰值正弦式交变电流的峰值(1)转转轴轴在在线线圈圈所所在在平平面面内内且且与与磁磁场场垂垂直直。当当线线圈圈平平面面与与磁磁场场平平行行时时，线线圈圈中的感应电动势达到峰值，且满足中的感应电动势达到峰值，且满足EmnBS。(2)决决定定因因素素：由由线线圈圈匝匝

21、数数n、磁磁感感应应强强度度B、转转动动角角速速度度和和线线圈圈面面积积S决决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版(3)如如图图所所示示的的几几种种情情况况中中，如如果果n、B、S均均相相同同，则则感感应应电电动动势势的的峰峰值均为值均为EmnBS。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版如如图图所所示示，匀匀强强磁磁场场B0.1 T，所所用用矩矩形形线线圈圈的的匝匝数数N100，边边长长lab0.2 m，lbc0.5 m，以以角角速速度度100 rad/s绕绕OO轴轴匀匀速速转转动动。当当线线圈圈平平面面

22、通通过过中中性性面面时时开开始始计计时时，试求：试求：例例 2返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版解解题题指指导导：要要理理解解平平均均电电动动势势既既不不是是最最大大电电动动势势值值的的一一半半，也也不不是是等等于于历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。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。解析：解析：(1)感应电动势的瞬时值感应电动势的瞬时值eNBSsint，由题可知：，由题可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2EmNBS1000.10.1100 V314 V所以所以e314sin100t(V)返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版

23、答案答案：(1)e314sin100t(V)(2)200 V返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版对对点点训训练练2(2019河河北北省省张张家家口口第第四四中中学学高高二二下下学学期期月月考考)某某交交变变电电流流发发电电机机正正常常工工作作时时产产生生的的电电动动势势eEmsint。若若线线圈圈匝匝数数减减为为原原来来的的一一半半，而转速增为原来的而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为()AeEmsintBe2EmsintCe2Emsin2tDeEmsin2t解解析析：由由EmNBS知知若若线线圈圈匝匝数数减减为为原原来来

24、的的一一半半，而而转转速速增增为为原原来来的的2倍倍时时Em不变；转速变为不变；转速变为2，故电动势的表达式为，故电动势的表达式为eEmsin2t，D正确；故选正确；故选D。D返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版核心素养提升核心素养提升返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版1图象意义图象意义反映了交变电流的电流反映了交变电流的电流(电压电压)随时间变化的规律，如图所示。随时间变化的规律，如图所示。正弦式交变电流的图象及应用正弦式交变电流的图象及应用返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版2从图象中可以解读到以下信息从图象中可以解读到以下信息(1)交变电流的最大值交变电流的最大值Im

25、、Em。(2)因因线线圈圈在在中中性性面面时时感感应应电电动动势势、感感应应电电流流均均为为零零，磁磁通通量量最最大大，所所以以可可确定线圈位于中性面的时刻。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。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。判断线圈中磁通量的变化情况。(5)分析判断分析判断i、e随时间的变化规律。随时间的变化规律。3解决图象问题的基本方法：解决图象问题的基本方法：一看：看一看：看“轴轴”、看、看“线线”、看、看“斜率斜率”、看、看“点点”。二变：掌握二变：掌握“图与图图与图”“图与式图与式”和和“图与物图与物”之间的变通能力。之间的变通能

26、力。三判断：结合图象和公式进行正确分析和判断。三判断：结合图象和公式进行正确分析和判断。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版一一只只矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中绕绕垂垂直直于于磁磁感感线线的的轴轴匀匀速速转转动动，穿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()A t0时刻，线圈平面与中性面垂直时刻，线圈平面与中性面垂直B t0.01 s时刻，时刻，的变化率最大的变化率最大C t0.02 s时刻，交流电动势达到最大时刻，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该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示B案案 例例返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版解解析析：由由题题图图甲甲可可知知，t0和和t0.02 s时时刻刻，值值最最大大，线线圈圈平平面面恰恰在在中中性性面面位位置置，感感应应电电动动势势为为零零，而而t图图象象在在t0.01 s和和t0.03 s时时刻刻切切线线的的斜斜率率最最大，即大，即的变化率最大，交流电动势达到最大值。的变化率最大，交流电动势达到最大值。返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版课堂基础达标课堂基础达标返回导航第五章交变电流物理选修3-2人教版课后课时作业课后课时作业