高中物理51 交變電流2 課件人教版選修3-2

1、一、交變電流,,,穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，產(chǎn)生感應(yīng)電流，而磁通量變化的方式不同，產(chǎn)生的感應(yīng)電流也不同，感應(yīng)電流可以是恒定的，可以是變化的，可以是周期性變化的，本節(jié)我們將研究一種十分重要的周期性變化的電流——正弦式交變電流．,,直流電:電流方向不隨時間而改變,一、交變電流的產(chǎn)生,按下圖所示進(jìn)行實驗演示,,,實驗現(xiàn)象：緩慢轉(zhuǎn)動線圈時，電流計指針在左右搖動，線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動一次．,1．交變電流：大小和方向都隨時間作周期變化的

2、電流，叫做交變電流，簡稱交流 ．2．閉合的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生交流，但這不是產(chǎn)生交流的惟一方式．,設(shè)正方形線圈的邊長為L，在勻強磁場B中繞垂直于磁場的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，ab和cd邊垂直于紙面，轉(zhuǎn)軸為O．,1、線圈轉(zhuǎn)動一周，電流方向改變多少次？2、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時磁通量最大？這時感應(yīng)電動勢是最大還是最??？3、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時磁通量最??？這時感應(yīng)電動勢是最大還是最?。?看動畫回答問題：,

3、,,,為了能更方便地說明問題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來分析.,B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面,(甲),B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面E=0 , I=0，Φ有最大值,B∥S，φ=0，a（b）d（c）垂直切割，感應(yīng)電流最大,B∥S，φ=0，a（b）d（c）垂直切割， E最大,感應(yīng)電流最大,電流方向a —>b,(乙),B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面,

4、B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面,(丙),E=0 , I=0，Φ有最大值,B∥S，φ=0，垂直切割，感應(yīng)電流最大,B∥S，φ=0，垂直切割， E最大,感應(yīng)電流最大,電流方向b—>a,特點：a. 磁通量Φ為0 b. E最大，磁通量的變化率ΔΦ/Δt最大,返回,（1）（甲）（丙）中性面（線圈與磁感線垂直的平面）,（2）（乙）（?。┳畲笾得妫ň€圈垂直中性面）,結(jié)論：,特點:,a. 磁通量

5、Φ最大,b. E＝0，磁通量的變化率ΔΦ/Δt為零,c. 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面時，電流方向發(fā) 生改變,d. 線圈轉(zhuǎn)動一周電流方向改變兩次,以線圈經(jīng)過中性面開始計時，在時刻t線圈中的感應(yīng)電動勢（ab和cd邊切割磁感線 ）,所以,令,則有,e為電動勢在時刻t的瞬時值，Em為電動勢的最大值．,=B ωS,二、交變電流的變化規(guī)律,,Em ＝NBSω,,,設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω．經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，cd邊的線速度v的方

6、向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt．a(chǎn)b、cd寬L1，ad、bc長L2 ，磁感應(yīng)強度是B.,cd邊中的感應(yīng)電動勢就是,ab 邊中的感應(yīng)電動勢跟cd邊中的大小相同，,而且兩邊又是串聯(lián)的,所以，這一瞬間整個線圈感應(yīng)電動勢,,成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強磁場，經(jīng)中性面時開始計時．,（1）電動勢按正弦規(guī)律變化,（2）電流按正弦規(guī)律變化,（3）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化,電流　　　　　　　　通過R時：,2、交變電流的變化規(guī)律,e=nBsωsinωt=E

7、msinωt(從中性面開始計時),e=nBsωcosωt=Emcosωt(從B∥S開始計時),i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(從中性面開始計時),i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt(從從B∥S開始計時),u=Umsinωt(從中性面開始計時),u=Umcosωt(從從B∥S開始計時),(1)感應(yīng)電動勢:,(2)感應(yīng)電流:,(3)外電路電阻兩端的電壓:,1.建立交流電的瞬時方程必須首先確定Em、ω，同時注意起始

8、位置（是從中性面開始是正弦曲線，e=Emsinωt;從垂直中性面開始是余弦曲線，e=Emcosωt）.,2.由Em=N·2BL1v=NBL1L2ω=NBSω=NΦmω可知，峰值Em與線圈的面積有關(guān)。而與垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)動軸的位置無關(guān)，與線圈的形狀也無關(guān)。,3.轉(zhuǎn)速對交變電流的影響：由e=NBSωsinωt可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時，角速度也增大，使得感應(yīng)電動勢隨之增大，同時交變電流的變化也加快。,交流電的圖像,,,,,,,3、交變電

9、流的種類,,(1)正弦交流電,(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓,(3)電子計算機中的矩形脈沖,(4)激光通信中的尖脈沖,,交流發(fā)電機,發(fā)電機的基本組成?　　發(fā)電機的基本種類?,交流發(fā)電機簡介,,（1）發(fā)電機的基本組成：①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（叫電樞）②用來產(chǎn)生磁場的磁極（2）發(fā)電機的基本種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動）,無論哪種發(fā)電機，轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子,,,,

10、總結(jié)： 1.交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流。,,2.交變電流的變化規(guī)律： 方向變化規(guī)律-------線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電 流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。,大小變化規(guī)律-------按正弦規(guī)律變化： e=Emsinωt Em=NBSω叫電動勢的最大值

11、 i=Imsinωt Im=Em/R叫電流的最大值 u=Umsinωt Um=ImR叫電壓的最大值,,1．在如圖所示的幾種電流隨時間變化的圖線中，屬于交變電流的是 ，屬于正弦交變電流的是 。,A,B,C,D,,,A B D,A,三 例題,,2 一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的

12、感應(yīng)電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是：,t1時刻通過線圈的磁通量為零；t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大；t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大；每當(dāng)e變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。,答案： D,3. 交流發(fā)電機工作時的電動勢的變化規(guī)律為 e=EmSinωt，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高一倍，其它條件不變，則電動 勢的變化規(guī)律將變化為：A。e=EmSin2ωt

13、 B. e=2EmSin2ωt C. e=2EmSin4ωt D. e=2EmSinωt,例題3,４、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是，線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值是Em，那么在任一時刻t感應(yīng)電動勢的瞬時值e為　　　　　　　 ?。艟€圈電阻為Ｒ，則感應(yīng)電流的瞬時值Ｉ為　　　　　　　?。?e= Emsinωt,i= Em/(R·sinωt),5.影響產(chǎn)

14、生感應(yīng)電動勢大小的因素可能是（ ）A.線圈的面積 B.線圈的轉(zhuǎn)速C.磁場強弱 D.線圈電阻,ABC,6. 一臺發(fā)電機產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動勢的最大值為311V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度是100πrad/s。 （1）寫出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。 （2）若該發(fā)電機只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路的總電阻為100Ω，試寫出通過負(fù)載的電流強度的

15、瞬時表達(dá)式、在t=1/120s時電流強度的瞬時值為多少？,（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過180度的過程中，電動勢的最大值、 平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動過程中磁通量的變化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100πt(V) （2）I=3.11Sin（100π×1/120）=3.11×1/2=1.55（A）,（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δ

16、t=311/N（Wb/s）,7、手搖發(fā)電機轉(zhuǎn)動時，小燈泡為何一閃一閃的呢？,,分析：（1）燈泡發(fā)光需要一定的電壓，只有大于該值時，才能使燈泡發(fā)光。,（2）如圖所示，當(dāng)T1<t<T2時間內(nèi)，小燈泡亮了，當(dāng)T2<t<T3時間內(nèi)，小燈泡變暗了，在T3<t<T4時間內(nèi)小燈泡又亮了。,8.放置在水平面上彼此平行的導(dǎo)軌與電阻R相連，如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，與導(dǎo)軌平面垂直．一根長度為l (等于平行導(dǎo)軌間

17、距)的金屬棒電阻為r，放置在導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒在AA′和BB′之間做簡諧運動時，速度隨時間的變化規(guī)律是v=v0cosωt,．試求： (1)通過電阻R的電流和它兩端的電壓． (2)說明通過R的電流在什么時刻改變方向?在什么時刻變化率最大?,,,思路分析：本題考查做簡諧運動的物體切割磁感線產(chǎn)生的交流電． 既然是切割磁感線的運動，根據(jù)E＝Blv即可求得感應(yīng)電動勢，要注意v應(yīng)代入瞬時值求得瞬時感應(yīng)電動勢．導(dǎo)體棒速度為

18、零時，瞬時電動勢為零，就在此時改變速度方向，也同時改變電流方向．,解析:(1)因為導(dǎo)體棒做簡諧運動，必定在AA′和BB′中間的OO′速度最大，此時刻便是v=v0cosωt的計時起點．,導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,,,,通過電阻R的電流,R兩端的電壓,(2)導(dǎo)體運動方向發(fā)生變化，即導(dǎo)體棒在AA′、BB′位置時電流的方向發(fā)生變化，此時刻導(dǎo)體棒的速度為零，瞬時電動勢和電流都為零，電流的變化率等最大．,拓展延伸：產(chǎn)生正弦交流電不一定是矩形線圈在勻強