交变电流 目 标 导 航 思 维 脉 图 1.会观察电流(或电压)的波形,理解交变电流和直流的概念。 (物理观念)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。 (科学思维)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、峰值的物理含义。 (科学探究)4.通过对交变电流的认识,领略自然界的奇妙与和谐,发展对科学的好奇心与求知欲,培养学生的科学素养。 (科学态度与责任) 必备知识·自主学习 一、交变电流 图片为某用电器的铭牌,其中输入的AC是什么意思? 提示:交流电 1.交变电流:大小和方向随时间周期性变化的电流,简称交流(AC)。如图所示。其中甲图是正弦式交变电流。 2.直流:方向不随时间变化的电流,称为直流(DC)。如图所示。 3.恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流,如图所示。 4.图象特点: (1)恒定电流的图象是一条与时间轴平行的直线。 (2)交变电流的图象随时间做周期性变化,如正弦交变电流的图象: 二、交变电流的产生 线圈通过中性面时,磁通量、电流特点? 提示:磁通量最大,电流为零。 1.产生条件:在匀强磁场中,矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 2.过程分析(如图所示): 3.中性面:线圈在磁场中转动的过程中,线圈平面与磁场垂直时所在的平面。 三、交变电流的变化关系 如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为零,而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢? 提示:根据法拉第电磁感应定律E=n可知,感应电动势的大小不是与磁通量Φ直接对应,而是与磁通量的变化率成正比。虽然线圈经过中性面时磁通量最大,但磁通量的变化率为零,所以感应电动势为零;虽然线圈平面与中性面垂直时磁通量为零,但磁通量的变化率最大,所以感应电动势最大。 1.从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式: 从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时 磁通量 Φ=Φmcosωt=BScos ωt Φ=Φmsin ωt=BSsinωt 感应电动势 e=Emsinωt=NBSωsin ωt e=Emcosωt=NBSωcosωt 电压 u=Umsinωt=sinωt u=Umcosωt=cosωt 电流 i=Imsinωt=sinωt i=Imcosωt=cosωt 2.峰值:表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值,叫作峰值。 峰值决定因素: 关于它的数值的解释符合科学实际的有:①②③。 ① 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。 ②与线圈的形状无关。 ③与转轴的位置无关。 3.正弦式交变电流的图象: 4.几种不同类型的交变电流: (1)线圈转一周有两次经过中性面,每转一周电流方向改变一次。 (×) (2)当线圈中的磁通量最大时,产生的电流也最大。 (×) (3)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交流电是交变电流。 (√) (4)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。 (×) (5)交变电流的图象均为正弦函数图象或余弦函数图象。 (×) 关键能力·合作学习 知识点一 交变电流的产生 1.过程分析: (1)如图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO′转动时的截面图,ab和cd两个边切割磁感线,产生电动势,线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)。 (2)具体分析如图所示: 甲位置:导体不切割磁感线,线圈中无电流; 乙位置:导体垂直切割磁感线,线圈中有电流,且电流从a端流入; 丙位置:与图甲位置相同; 丁位置:电流从a端流出,这说明电流方向发生了改变; 戊位置:与图甲位置相同。 线圈这样转动下去,就在线圈中产生了交变电流。 2.中性面、中性面的垂面位置的特性及转动过程中各量的变化: 中性面 中性面的垂面 远离中性面 靠近中性面 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 线圈平面与磁场间夹角变小 线圈平面与磁场间夹角变大 磁通量 最大 零 减小 增大 磁通量变化率 零 最大 增大 减小 感应电动势 零 最大 增大 减小 线圈边缘线速度与磁场方向夹角 0° 90° 从0°逐渐 ... ...
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