2019-2020年高中物理第3章交变电流第2节交变电流是怎样产生的教学案鲁科版选修3

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1、2019-2020年高中物理第3章交变电流第2节交变电流是怎样产生的教学案鲁科版选修31.交流发电机将其他形式的能转化为电能，可分为旋转电枢式和旋转磁极式，原理都是电磁感应现象。2．匀强磁场中，线圈绕垂直磁场的轴匀速转动形成正弦交变电流。中性面磁通量最大，磁通量的变化率为零，电动势为零；中性面的垂面磁通量为零，磁通量变化率最大，电动势最大。3．电动势的最大值Em＝nBSω与转轴位置、线圈形状无关；线圈从中性面位置开始计时其电动势瞬时值表达式为e＝Emsinωt。　　　　　　　　　　　　　　　　一、交流发电机1．原理由法拉第电磁感应定律可知，让闭合导体与磁极做相

2、对运动，穿过闭合导体的磁通量发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流。2．构造发电机主要是由线圈(电枢)和磁极两部分组成。3．种类(1)按旋转部分区分转子定子特点旋转电枢式电枢磁极电压低，功率小旋转磁极式磁极电枢电压高，功率大(2)按磁场区分a．永磁体发电机(利用永久磁铁做磁极)；b．励磁发电机(利用电磁铁做磁极)。二、交变电流的产生原理1．实验装置让闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，感应电流的大小和方向都随时间做周期性变化。2．产生原理(1)中性面：线圈平面与磁感线垂直，线圈经过中性面时，感应电动势、感应电流为零。(2)与中性面垂直时：线圈的感应

3、电动势、感应电流最大。(3)方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动一周，经过中性面两次，感应电流的方向改变两次。三、交变电流的变化规律1．正弦式交变电流的表达式(1)e＝Emsin_ωt(从中性面开始计时，其中Em＝nBSω)(2)i＝Imsin_ωt(3)u＝Umsin_ωt(其中Um＝ImR)2．正弦式交变电流的图像图3211．自主思考——判一判(1)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也最大。(×)(2)交流电一周期内，电流方向改变两次。(√)(3)线圈只要在匀强磁场内匀速转动就能产生正弦式交变电流。(×)(4

4、)从线圈转至与磁场方向平行开始计时，线圈所产生的感应电动势e＝Emcosωt。(√)(5)正弦交流电电动势最大值Em＝nBSω。(√)2．合作探究——议一议(1)发电机工作过程中能量是如何转化的？提示：发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培力，安培力的作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电机把机械能转化成了电能。(2)线圈位于中性面时，磁通量最大。为何感应电动势(感应电流)最小，而位于与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势(感应电流)又具有怎样的特点呢？提示：依据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，线圈处于中性面时磁通量虽然

5、最大，但变化率为0，或者说此时线圈的任何一条边都不切割磁感线，所以感应电动势及感应电流为0；而位于与中性面垂直的位置时，磁通量最小，但磁通量的变化率最大(此时线圈的边切割磁感线的速度最大)，感应电动势(感应电流)最大。线圈处于其他位置的时候，感应电动势(感应电流)处于最大值与最小值之间。(3)频率是供电质量的重要指标，你知道交变电流频率是由什么因素决定的吗？提示：交流电的频率是由发电机转子的转速决定的，转速高，则频率大，反之，则小。交变电流的产生和变化规律1．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程如图322所示，线圈的bc、ad边始终在平行于磁感线的平面内转动

6、，因而不产生感应电动势，只起导线作用，所以只有ab、cd边切割磁感线。图322(1)当线圈平面垂直于磁感线时，ab、cd边的速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势。(2)当线圈逆时针转过90°时，即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大，方向为a→b→c→d。(3)当线圈再转过90°时，线圈平面又垂直于磁感线，线圈中没有感应电动势。(4)当线圈再转过90°时，ab、cd边的瞬时速度方向跟线圈经过(b)图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在(b)图位置时相反，感应电流方向为d→c→b→a。

7、(5)线圈再转过90°时处于起始位置，与(a)图位置相同，线圈中没有感应电动势。2．交变电流的变化规律(1)正弦式交变电流的瞬时值表达式的推导。若线圈平面从中性面开始转动，则经时间t，①线圈转过的角度为ωt，如图323所示。图323②ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ωt。③ab边转动的线速度大小：v＝ω。④ab边产生的感应电动势：eab＝BLabvsinθ＝sinωt。⑤整个线圈产生的感应电动势：e＝2eab＝BSωsinωt；若线圈为n匝，则e＝nBSωsinωt。⑥若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得，i＝＝sinωt，即i＝

8、Imsinωt。R两端的电压可记为u＝