物理選修3-2(交變電流)課件

第五章交變電流第一節(jié)

交變電流轉(zhuǎn)子電刷電刷定子一、交變電流的概念【演示1】觀察小燈泡的發(fā)光情況“亮”、“閃”閃:亮:通過燈泡電流大小是變化說明有電流通過燈泡線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流強(qiáng)度大小是變化的【演示】手搖發(fā)電機(jī)觀察二極管的發(fā)光情況交替發(fā)光通過二極管的電流

方向是周期性變化的線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向是變化的單向?qū)щ娦浴狙菔?】觀察二極管的發(fā)光情況交替發(fā)光通過二極管的電流方向是周期性變化的線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向是變化的G概念:1.交變電流:大小和方向都隨時(shí)間做周期性的變化.簡(jiǎn)稱交流〔AC〕2.直流電:方向不隨時(shí)間變化的電流〔DC〕

恒定電流:大小和方向不隨時(shí)間變化的電流

觀察以下幾個(gè)電流與時(shí)間的圖象,判斷哪些是交變電流it0(2)it0(1)it0(3)i0t(4)i0t(5)〔1〕〔2〕〔5〕轉(zhuǎn)子電刷電刷定子模交流發(fā)電機(jī)模型二、交變電流的產(chǎn)生1、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)二、交變電流的產(chǎn)生abcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB2、過程分析〔1〕在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，那些邊會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？ab邊cd邊〔2〕怎樣將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖？abcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖abcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB中性面的概念思考:在這個(gè)位置磁通量是多大?電動(dòng)勢(shì)是零此時(shí)線圈所在的平面叫做中性面a(b)(c)dv1v2abcdHF垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。2、過程分析B⊥SΦ最大E=0I=0(V//B)a(b)(c)dv5v6acdHFb2、過程分析B∥SΦ=0E最大I最大感應(yīng)電流方向b到a線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，Φ最小，但線圈中的電動(dòng)勢(shì)最大a(b)(c)dv5v6acdHFb2、過程分析B∥SΦ=0E最大I最大感應(yīng)電流方向b到a線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，Φ最小，但線圈中的電動(dòng)勢(shì)最大B⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感應(yīng)電流方向b到aV//BV⊥B線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，多少次經(jīng)過中性面?電流方向改變多少次?思考與討論.a(b)c(d)OabcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB1.中性面：垂直磁場(chǎng)方向的平面．〔1〕線圈經(jīng)過中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t=0最小，〔ab和cd邊都不切割磁感線〕，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零．〔2〕線圈經(jīng)過中性面時(shí)，電流將改變方向，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次．2.線圈平行與磁感線時(shí)，φ=0,△φ/△t最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。以線圈經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，切割邊L1，另一邊L2,推導(dǎo)任意時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)〔演示〕∴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〔峰值〕Em=NΦmω=NBSω三、交變電流的變化規(guī)律

以線圈經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，切割邊L1，另一邊L2,推導(dǎo)任意時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)〔演示〕∴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〔峰值〕Em=NΦmω=NBSω三、交變電流的變化規(guī)律

θV3V4θθV3⊥V3∥V4∥V4⊥acdHFb(θ=ωt)中性面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、電壓按正弦規(guī)律變化

電流i通過R時(shí)：成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)eoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωttabcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流電的圖像

作圖時(shí)規(guī)定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正方向?yàn)閍bcdaEm=nBsωtωtT3T/4T/2T/4O3π/2ππ/22πiImcbdaaaaabbbddddccc作圖時(shí)規(guī)定感應(yīng)電流正方向?yàn)閐cbad思考：線圈在什么位置電流方向會(huì)發(fā)生改變？四、交流電的圖像

et0Em-Emit0Im-Im(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五、交變電流的種類２、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就產(chǎn)生

．１、交變電流：

和

都隨時(shí)間做

的電流叫做交變電流．電壓和電流隨時(shí)間按

變化的交流電叫正弦交流電大小方向正弦規(guī)律正弦交流電周期性變化課堂練習(xí)３、當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí)，線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這樣的位置叫做

．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向改變

．中性面兩次４、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是ω，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．假設(shè)電路總電阻為Ｒ，那么感應(yīng)電流的瞬時(shí)值Ｉ為．e0Em-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流發(fā)電機(jī)1、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、種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的局部叫轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的局部叫定子５、交流發(fā)電機(jī)有兩種，即、 ．其中轉(zhuǎn)動(dòng)的局部叫，不動(dòng)的局部叫．發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由、或其它動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式轉(zhuǎn)子定子水輪機(jī)蒸汽輪機(jī)6、一矩形線圈,繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如下圖,下面說法中正確的選項(xiàng)是A.t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零B.t2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C.t3時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大D.每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量絕對(duì)值最小et0t1t2t3t4Em-EmC1、知道交變電流定義〔AC〕：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。方向不隨時(shí)間變化的電流為直流電〔DC〕。辨析電流圖。3、推導(dǎo)和理解交變電流的變化規(guī)律：〔重難點(diǎn)〕〔1〕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(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。φ最大，△φ/△t=0最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小E=0〔2〕大小變化規(guī)律----按正弦規(guī)律變化：〔能畫出瞬時(shí)線速度分解圖〕e=EmsinωtEm=NBSω叫電動(dòng)勢(shì)的最大值〔峰值〕i=ImsinωtIm=Em/R+r叫電流的最大值〔峰值〕u=UmsinωtUm=ImR叫電壓的最大值〔峰值〕5.1交變電流小結(jié)2、理解交變電流產(chǎn)生的過程：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)產(chǎn)生正弦式交變電流。能畫出四幅過程圖。垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面?！仓攸c(diǎn)〕電流通過R時(shí)：1．在如下圖的幾種電流隨時(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。tiABCDABDA三、課堂練習(xí)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)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如下圖，下面說法中正確的選項(xiàng)是()：T1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；T2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大；T3時(shí)刻通過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)，通過線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大。

答案：D1.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)線圈ab邊長(zhǎng)為20cm，ad邊長(zhǎng)為10cm，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.01T，線圈的轉(zhuǎn)速n=50r/s，求：電動(dòng)勢(shì)的最大值及對(duì)應(yīng)的線圈位置。0.0628V線圈平面與磁場(chǎng)方向平行。

2.如下圖：匝數(shù)為N、面積為S的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180度時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。ω...E平均=S2NBω/π練習(xí)一臺(tái)發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω=314rad/s，試寫出電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件，總電阻為2000Ω，電路中電流的峰值是多少？寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式。e=EmsinWt=400sin314t解：電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為：電流峰值為：Im=Em/R=400÷2000=0.2A電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為：i=ImsinWt=0.2sin314t4、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100πrad/s?！?〕寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式?！?〕假設(shè)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，試寫出通過負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(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180度的過程中，電動(dòng)勢(shì)的最大值、平均值分別是多少？〔4〕轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量的變化率最大值是多少？答案〔1〕e=311Sin100πt〔2〕I=3.11Sin〔100π*1/120〕=3.11*1/2=1.55〔A〕〔3〕Em=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V〔4〕Δφ/Δt=311/N〔Wb/s〕(甲)

(乙)(丙)(丁)E

I

，電流方向：

.E

,I

,Φ

.E

I

，電流方向：

.=0=0有最大值有最大值有最大值a—>b有最大值有最大值b—>aE

,I

,Φ

.=0=0有最大值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(lái)分析.(學(xué)生畫〕

問題：各環(huán)節(jié)電流方向？電流最大最小的位置？大致畫出i-t圖像？線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變多少次？問題1.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,哪些邊在切割?a(b)(c)dv5v6acdHFb問題2.這兩條邊是否一直在切割?類比延伸如下圖，ABC是由均勻細(xì)導(dǎo)線制成面積為S的等邊三角形線框，它以AC為轉(zhuǎn)軸，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)〔俯視為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)〕,磁場(chǎng)方向與AC垂直指向紙內(nèi)．請(qǐng)寫出從這一時(shí)間開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的關(guān)系式.×××××××××××××××××××××××××ACB××××××××××××××××