创新设计创新设计课堂自测课堂导学第第1课时交变电流课时交变电流创新设计创新设计课堂自测课堂导学研究选考研究选考把握考情把握考情知识知识内容内容交变电流交变电流考试要求考试要求加试加试c教学教学要求要求1.知道交变电流，能区分直流和交变电流知道交变电流，能区分直流和交变电流2.知道交流发电机的基本结构与工作原理，了解中性面的概念知道交流发电机的基本结构与工作原理，了解中性面的概念3.知道正弦式交变电流的图象描述知道正弦式交变电流的图象描述4.知道正弦式交变电动势、电压、电流的瞬时值表达式，理解峰值的意义知道正弦式交变电动势、电压、电流的瞬时值表达式，理解峰值的意义5.区分特殊位置的磁通量与磁通量变化率，理解磁通量变化率与电动势之间的关系区分特殊位置的磁通量与磁通量变化率，理解磁通量变化率与电动势之间的关系说明说明1.不要求知道交流发电机各部分的名称不要求知道交流发电机各部分的名称2.不要求推导交流电动势的瞬时值表达式不要求推导交流电动势的瞬时值表达式3.不要求计算线圈在磁场中转动时的电动势不要求计算线圈在磁场中转动时的电动势创新设计创新设计课堂自测课堂导学知识点一交变电流知识点一交变电流基基 础础 梳梳 理理1.交变电流：大小和方向随时间交变电流：大小和方向随时间做做_变化变化的电流，简称交流。的电流，简称交流。2.直流直流： _不不随时间变化的电流。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恒定电流的图象是一条条_的的直线。直线。(2)交变电流的图象交变电流的图象随随_做做周期性变化，如正弦交变电流的图象：周期性变化，如正弦交变电流的图象：周期性周期性方向方向与时间轴平行与时间轴平行时间时间创新设计创新设计课堂自测课堂导学如图所示的各电流中不是交变电流的是如图所示的各电流中不是交变电流的是_。即即 学学 即即 练练解解析析由由于于交交变变电电流流的的大大小小和和方方向向随随时时间间做做周周期期性性的的变变化化，故故B、C为为交交变变电电流流的的图象，图象，A、D不是。不是。答案答案AD创新设计创新设计课堂自测课堂导学知识点二交变电流的产生知识点二交变电流的产生1.正正弦弦式式交交变变电电流流的的产产生生：将将闭闭合合矩矩形形线线圈圈置置于于_磁磁场场中中，并并绕绕_方向方向的的轴轴_转动转动。2.中性面中性面线圈平面与线圈平面与磁感线磁感线_时时的位置。的位置。(1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的线圈处于中性面位置时，穿过线圈的 _ ，但线圈中的电流但线圈中的电流为为_ 。(2)线线圈圈每每次次经经过过中中性性面面时时，线线圈圈中中感感应应电电流流方方向向都都要要改改变变。线线圈圈转转动动一一周周，感感应应电流方向电流方向改变改变_次次。基基 础础 梳梳 理理匀强匀强垂直磁场垂直磁场匀速匀速垂直垂直最大最大零零两两创新设计创新设计课堂自测课堂导学要要 点点 精精 讲讲1.正弦式交变电流的产生过程分析正弦式交变电流的产生过程分析如如图图1所所示示为为线线圈圈ABCD在在磁磁场场中中绕绕轴轴OO转转动动时时的的截截面面图图，AB和和CD两两个个边边切切割割磁磁感感线线，产产生生电电动动势势，线线圈圈中中就就有有了了电电流流(或或者者说说穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量发发生生变变化化而而产产生生了了感感应应电电流流)。具具体体分分析析如如图图2所所示示，当当线线圈圈转转动动到到图图甲甲位位置置时时，导导体体不不切切割割磁磁感感线线，线线圈圈中中无无电电流流；当当线线圈圈转转动动到到图图乙乙位位置置时时，导导体体垂垂直直切切割割磁磁感感线线，线线圈圈中中有有电电流流，且且电电流流从从A端端流流入入；线线圈圈在在图图丙丙位位置置同同线线圈圈在在图图甲甲位位置置；线线圈圈在在图图丁丁位位置置时时，电电流流从从A端端流流出出，这这说说明明电电流流方方向向发发生生了了改改变变；线线圈圈在在图图戊戊位位置置同同在在图图甲甲位位置置。线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流。线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流。图图1创新设计创新设计课堂自测课堂导学图图2创新设计创新设计课堂自测课堂导学2.交变电流产生过程中的两个特殊位置交变电流产生过程中的两个特殊位置图示图示概念概念中性面位置中性面位置与中性面垂直的位置与中性面垂直的位置特点特点BSBSBS，最大，最大0，最小，最小en0，最小，最小ennBS，最大，最大感应电流为零，方向改变感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变感应电流最大，方向不变创新设计创新设计课堂自测课堂导学【例【例1】 下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流()解解析析由由交交变变电电流流的的产产生生条条件件可可知知，轴轴必必须须垂垂直直于于磁磁感感线线，但但对对线线圈圈的的形形状状及及转转轴轴的位置没有特别要求。故选项的位置没有特别要求。故选项B、C、D正确。正确。答案答案BCD创新设计创新设计课堂自测课堂导学知识点三交变电流的变化规律知识点三交变电流的变化规律1.正弦式交变电流瞬时值表达式：正弦式交变电流瞬时值表达式：(1)当从中性面开始计时：当从中性面开始计时：e_。(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：当从与中性面垂直的位置开始计时：e _ 。2.正弦式交变电流的峰值表达式：正弦式交变电流的峰值表达式：Em _与与线圈的形状及转动轴的线圈的形状及转动轴的位置位置_。(填填“有关有关”或或“无关无关”)基基 础础 梳梳 理理Emsin tEmcos tnBS无关无关创新设计创新设计课堂自测课堂导学要要 点点 精精 讲讲1.交变电动势的峰值和交变电流的峰值交变电动势的峰值和交变电流的峰值交交变变电电动动势势最最大大值值，由由线线圈圈匝匝数数n、磁磁感感应应强强度度B、转转动动角角速速度度及及线线圈圈面面积积S决决定定，与与线线圈圈的的形形状状无无关关，与与转转轴轴的的位位置置无无关关，因因此此如如图图3所所示示的的几几种种情情况况，若若n、B、S、相同，则电动势的最大值相同。相同，则电动势的最大值相同。图图3创新设计创新设计课堂自测课堂导学2.交变电流的瞬时值变化规律交变电流的瞬时值变化规律创新设计创新设计课堂自测课堂导学【例例2】 有有一一个个正正方方形形线线圈圈的的匝匝数数为为10 匝匝，边边长长为为20 cm，线线圈圈总总电电阻阻为为1 ，线线圈圈绕绕OO轴轴以以10 rad/s的的角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图4所所示示，匀匀强磁场的磁感应强度为强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：，问：(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式；若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式；(3)线圈从中性面位置开始转过线圈从中性面位置开始转过30时，感应电动势的瞬时值是多大？时，感应电动势的瞬时值是多大？图图4创新设计创新设计课堂自测课堂导学答案答案(1)6.28 V6.28 A(2)e6.28sin10 t(V)(3)3.14 V创新设计创新设计课堂自测课堂导学名师点睛名师点睛交变电流瞬时值表达式的书写技巧交变电流瞬时值表达式的书写技巧(1)确确定定正正弦弦交交变变电电流流的的峰峰值值，根根据据已已知知图图象象读读出出或或由由公公式式EmnBS求出相应峰值。求出相应峰值。(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。线线圈圈从从中中性性面面位位置置开开始始转转动动，则则it图图象象为为正正弦弦函函数数图图象象，函数式为函数式为iImsin t。线线圈圈从从垂垂直直中中性性面面位位置置开开始始转转动动，则则it图图象象为为余余弦弦函函数数图图象，函数式为象，函数式为iImcos t。(3)(3)线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中匀匀速速转转动动产产生生正正弦弦式式交交变变电电流流，产产生生的的交交变变电电流流与与线线圈圈的的形形状状无无关关。如如图图5 5所所示示，若若线线圈圈的的面面积积与与例例2 2中的图所示的线圈面积相同，则答案完全相同。中的图所示的线圈面积相同，则答案完全相同。图图5 5创新设计创新设计课堂自测课堂导学知识点四正弦交变电流的图象知识点四正弦交变电流的图象正正弦弦交交变变电电流流随随时时间间的的变变化化情情况况可可以以从从图图象象上上表表示示出出来来，图图象象描描述述的的是是交交变变电电流流随随时时间间变变化化的的规规律律，它它是是一一条条_，如如图图6所所示示，分分别别是是交交变变电电流流的的_图图象象(如图甲如图甲)、 _图象图象(如图乙如图乙)、 _图象图象(如图丙如图丙)。基基 础础 梳梳 理理正弦曲线正弦曲线etutit甲甲图图6创新设计创新设计课堂自测课堂导学要要 点点 精精 讲讲由图由图6甲可以确定出以下信息：甲可以确定出以下信息：(1)可以读出正弦交变电流的峰值可以读出正弦交变电流的峰值Em。(2)可可根根据据线线圈圈转转至至中中性性面面时时电电动动势势为为零零的的特特点点，确确定定线线圈圈处处于于中中性性面面的的时时刻刻，确确定定了了该该时时刻刻，也也就就确确定定了了磁磁通通量量最最大大的的时时刻刻和和磁磁通通量量变变化化率率最最小小的的时时刻刻，如如tt2，tt4时刻。时刻。(3)可可根根据据线线圈圈转转至至与与磁磁场场平平行行时时感感应应电电动动势势最最大大的的特特点点，确确定定线线圈圈与与中中性性面面垂垂直直的的位位置置，此此位位置置也也就就是是磁磁通通量量为为零零的的时时刻刻和和磁磁通通量量变变化化率率最最大大的的时时刻刻，如如tt1，tt3时刻。时刻。(4)可可以以确确定定某某一一时时刻刻电电动动势势大大小小以以及及某某一一时时刻刻电电动动势势的的变变化化趋趋势势，如如tt1，tt2时时刻。刻。创新设计创新设计课堂自测课堂导学【例例3】 矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中匀匀速速转转动动，所所产产生生的的交交变变电电流流的的波波形形如如图图7所所示示，可可知知()图图7A.在在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值时刻穿过线圈的磁通量达到峰值B.在在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值时刻穿过线圈的磁通量达到峰值C.在在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值D.在在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值创新设计创新设计课堂自测课堂导学答案答案 BC创新设计创新设计课堂自测课堂导学1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间()A.线圈平面与磁感线平行线圈平面与磁感线平行B.穿过线圈的磁通量最大穿过线圈的磁通量最大C.线圈中的感应电动势最大线圈中的感应电动势最大D.线圈中感应电动势的方向突变线圈中感应电动势的方向突变解解析析在在线线圈圈平平面面垂垂直直于于磁磁感感线线时时，各各边边都都不不切切割割磁磁感感线线，线线圈圈中中没没有有感感应应电电流流，这这样样的的位位置置叫叫做做中中性性面面。线线圈圈平平面面经经过过中中性性面面瞬瞬间间，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大，线线圈圈中中的的感感应应电电动动势势为为零零，此此后后，感感应应电电动动势势方方向向(即即感感应应电电流流方方向向)将将与与原原方方向向相相反反。所所以选项以选项B、D正确，正确，A、C错误。错误。答案答案BD创新设计创新设计课堂自测课堂导学2.关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交变电流，正确的说法是关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交变电流，正确的说法是()A.线圈每转动一周，感应电流方向改变一次线圈每转动一周，感应电流方向改变一次B.线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次C.线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次D.线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次解解析析感感应应电电动动势势和和感感应应电电流流的的方方向向，每每经经过过中中性性面面时时改改变变一一次次，每每个个周周期期内内方方向向改变两次，故选项改变两次，故选项D正确。正确。答案答案D创新设计创新设计课堂自测课堂导学3.交交流流发发电电机机在在工工作作时时电电动动势势为为eEmsin t，若若将将发发电电机机的的角角速速度度提提高高一一倍倍，同同时时将将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为()解解析析交交变变电电流流的的瞬瞬时时值值表表达达式式eEmsin t，其其中中EmnBS，当当加加倍倍而而S减减半半时，时，Em不变，故选项不变，故选项C正确。正确。答案答案C创新设计创新设计课堂自测课堂导学4.一一矩矩形形线线圈圈，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内内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势动势e随时间随时间t的变化如图的变化如图8所示。下列说法正确的是所示。下列说法正确的是()图图8A.t1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量最大时刻通过线圈的磁通量最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D.每当每当e转换方向时，通过线圈的磁通量均最大转换方向时，通过线圈的磁通量均最大创新设计创新设计课堂自测课堂导学解解析析t1时时刻刻e0，故故线线圈圈位位于于中中性性面面，磁磁通通量量最最大大，选选项项A错错误误；t2时时刻刻e最最大大，故故线线圈圈位位于于中中性性面面之之垂垂面面，磁磁通通量量为为0，选选项项B错错误误；t3时时刻刻e0，故故磁磁通通量量变变化化率率为为0，选项，选项C错误；错误；e转换方向时，线圈位于中性面，故磁通量均最大，选项转换方向时，线圈位于中性面，故磁通量均最大，选项D正确。正确。答案答案 D