2015-2016学年鲁科版选修3-2 交变电流是怎样产生的 学案

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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

2、磁感线？线圈转到哪些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＝Emsin_ωt，瞬时电压：u＝Umsin_ωt，瞬时电流：i＝Imsin_ωt.式中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流的最大值．2．交流电

3、的图象(如图2所示)图2想一想　正弦式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L1，BC边长为L2，磁感应强度为B，AB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，eAB＝eCD＝0，e＝0(2)在图丙中，eAB＝BL1v＝BL1＝BSω同理eCD＝BSω所以e＝eAB＋eCD＝BSω(3)在图乙中，e

4、AB＝BL1vsinωt＝BL1L2ωsinωt＝BSωsinωt同理eCD＝BSωsinωt所以e＝eAB＋eCD＝BSωsinωt若线圈有n匝，则e＝nBSωsinωt2．两个特殊位置(1)中性面(S⊥B位置)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.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)Φ为0，为最大，e最大，i最大．3．正弦式交流电的峰值Em＝nBSω4．正弦式交流电的瞬时值表达式e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt例1　矩形线框绕垂直于匀强磁场且

5、在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，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

6、都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，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，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内(　　)图4A．线圈中的感应电流一直在减小B．线圈中的感应电流先增大后减小C．穿过线圈的磁通量一直在减小D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小答案　AD解析　题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为＝，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，穿过线圈的磁通量逐渐增大，穿过线圈

7、的磁通量的变化率一直在减小．二、对峰值Em＝nBSω和瞬时值e＝Emsinωt的理解1．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Em＝nBSω.(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Em＝nBSω.图52．对瞬时值的理解必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直的位置计时．(1)从中性面计时，e＝Emsinωt.(2)从与中性面的垂直位置

8、计时，e＝Emcosωt.例2　如图6所示，匀强磁场磁感应强度B＝