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(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，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(shí)間而改變,一、交變電流的產(chǎn)生,按下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示,,,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)線圈時(shí)，電流計(jì)指針在左右搖動(dòng)，線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次．,1．交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期變化的

2、電流，叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流 ．2．閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(zhǎng)為L(zhǎng)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中繞垂直于磁場(chǎng)的對(duì)稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，ab和cd邊垂直于紙面，轉(zhuǎn)軸為O．,1、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變多少次？2、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最大？這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是最大還是最??？3、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最?。窟@時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是最大還是最?。?看動(dòng)畫(huà)回答問(wèn)題：,

3、,,,為了能更方便地說(shuō)明問(wèn)題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來(lái)分析.,B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(diǎn)：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(diǎn):,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(shí)，電流方向發(fā) 生改變,d. 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次,以線圈經(jīng)過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，在時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（ab和cd邊切割磁感線 ）,所以,令,則有,e為電動(dòng)勢(shì)在時(shí)刻t的瞬時(shí)值，Em為電動(dòng)勢(shì)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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是ω．經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)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(zhǎng)L2 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B.,cd邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是,ab 邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),,成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)．,（1）電動(dòng)勢(shì)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(guò)R時(shí)：,2、交變電流的變化規(guī)律,e=nBsωsinωt=E

7、msinωt(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)),e=nBsωcosωt=Emcosωt(從B∥S開(kāi)始計(jì)時(shí)),i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)),i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt(從從B∥S開(kāi)始計(jì)時(shí)),u=Umsinωt(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)),u=Umcosωt(從從B∥S開(kāi)始計(jì)時(shí)),(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):,(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(shí)方程必須首先確定Em、ω，同時(shí)注意起始

8、位置（是從中性面開(kāi)始是正弦曲線，e=Emsinωt;從垂直中性面開(kāi)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(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無(wú)關(guān)，與線圈的形狀也無(wú)關(guān)。,3.轉(zhuǎn)速對(duì)交變電流的影響：由e=NBSωsinωt可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，角速度也增大，使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨之增大，同時(shí)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(jì)算機(jī)中的矩形脈沖,(4)激光通信中的尖脈沖,,交流發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)的基本組成?　　發(fā)電機(jī)的基本種類?,交流發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介,,（1）發(fā)電機(jī)的基本組成：①用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（叫電樞）②用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極（2）發(fā)電機(jī)的基本種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動(dòng)磁極不動(dòng)）②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動(dòng)電樞不動(dòng)）,無(wú)論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分叫定子,,,,

10、總結(jié)： 1.交變電流：大小和方向都隨時(shí)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(guò)中性面一次，感應(yīng)電 流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)勢(shì)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(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的

12、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，下面說(shuō)法中正確的是：,t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零；t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大；t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大；每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大。,答案： D,3. 交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)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(dòng) 勢(shì)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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值是Em，那么在任一時(shí)刻t感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e為　　　　　　　 　．若線圈電阻為Ｒ，則感應(yīng)電流的瞬時(shí)值Ｉ為　　　　　　　?。?e= Emsinωt,i= Em/(R·sinωt),5.影響產(chǎn)

14、生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素可能是（ ）A.線圈的面積 B.線圈的轉(zhuǎn)速C.磁場(chǎng)強(qiáng)弱 D.線圈電阻,ABC,6. 一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100πrad/s。 （1）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 （2）若該發(fā)電機(jī)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(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的

15、瞬時(shí)表達(dá)式、在t=1/120s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？,（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過(guò)180度的過(guò)程中，電動(dòng)勢(shì)的最大值、 平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，才能使燈泡發(fā)光。,（2）如圖所示，當(dāng)T1<t<T2時(shí)間內(nèi)，小燈泡亮了，當(dāng)T2<t<T3時(shí)間內(nèi)，小燈泡變暗了，在T3<t<T4時(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，與導(dǎo)軌平面垂直．一根長(zhǎng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是v=v0cosωt,．試求： (1)通過(guò)電阻R的電流和它兩端的電壓． (2)說(shuō)明通過(guò)R的電流在什么時(shí)刻改變方向?在什么時(shí)刻變化率最大?,,,思路分析：本題考查做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，根據(jù)E＝Blv即可求得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，要注意v應(yīng)代入瞬時(shí)值求得瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．導(dǎo)體棒速度為

18、零時(shí)，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為零，就在此時(shí)改變速度方向，也同時(shí)改變電流方向．,解析:(1)因?yàn)閷?dǎo)體棒做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，必定在AA′和BB′中間的OO′速度最大，此時(shí)刻便是v=v0cosωt的計(jì)時(shí)起點(diǎn)．,導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),,,,通過(guò)電阻R的電流,R兩端的電壓,(2)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，即導(dǎo)體棒在AA′、BB′位置時(shí)電流的方向發(fā)生變化，此時(shí)刻導(dǎo)體棒的速度為零，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)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(qiáng)