交變電流（高中物理教學(xué)課件）完整版6

第20章交變電流公路旁、曠野上，堅(jiān)實(shí)的鋼架托著、吊著粗大的金屬線，仿佛由天際而來，向天際而去……這些由發(fā)電廠、變電站而來的輸電線，將電能輸送到鄉(xiāng)村、工廠，輸送到千家萬戶。電，每時(shí)每刻都在為人類作著巨大的貢獻(xiàn)。來自發(fā)電廠的電有什么特性？我們怎樣才能更好地利用它？這一章我們就來學(xué)習(xí)與此相關(guān)的內(nèi)容。01.交變電流圖片區(qū)ti0ti0ti0ti0甲乙電流方向不隨時(shí)間變化，甲圖電流大小也不變丙丁電流大小方向都隨時(shí)間做周期性變化甲乙丙丁一.交變電流1.直流電流(DC)：方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流電流，大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定直流。例如：干電池供電的電路。2.交變電流(AC)：大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流。例如：家用照明電路。注意：①交變電流經(jīng)過處理，能轉(zhuǎn)換成直流，例如充電頭充電；直流經(jīng)過逆變器處理也能轉(zhuǎn)換成交流。②交流比直流經(jīng)濟(jì)可靠，使用方便，生活中絕大部分用電都是交變電流。③交流電壓的大小可以通過變壓器隨意轉(zhuǎn)換。ti0ti0ti0ti0恒定直流ti0ti0正弦交流方波交流直流鋸齒波交流尖端脈沖交流各種電流的i-t圖像一.交變電流實(shí)驗(yàn)說明：交變電流的周期、電流的大小均與轉(zhuǎn)速有關(guān)。問題:線圈中為什么會(huì)產(chǎn)生交流電交流發(fā)電機(jī)二.交變電流的產(chǎn)生觀看演示動(dòng)畫，回答P51思考與討。1.垂直紙面向外2.垂直紙面向里3.甲丙沒有電流，乙丁電流最大。二.交變電流的產(chǎn)生產(chǎn)生原因：①磁通量始終在周期性變化②AB、CD始終在切割磁感線，v⊥始終在周期性變化分析與思考以下問題：①判斷任意位置線圈中電流方向②判斷什么時(shí)候電流最大，什么時(shí)候電流為零。此時(shí)的磁通量有什么特征？注意：電流為零的位置叫中性面③規(guī)定零時(shí)刻，能夠大致的作出電流隨時(shí)間變化的曲線中性面θ三.交變電流的變化規(guī)律中性面θ設(shè)線框面積為S，其中AB、CD長為l1，設(shè)AD、BC長為l2，線框從經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求t時(shí)刻回路中的電動(dòng)勢ε的值。三.交變電流的變化規(guī)律te0ti0tu0εmimum三.交變電流的變化規(guī)律1.正弦交流電：按正弦規(guī)律變化的交流電叫正(余)弦交流電。2.瞬時(shí)表達(dá)式：可以用來求瞬時(shí)值3.圖像：te0ti0tu0εmimum三.交變電流的變化規(guī)律4.最大值(峰值)：5.特殊位置：甲丙兩張圖，v//B，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，電流瞬時(shí)值為零，稱為中性面(垂直面)。此時(shí)：B⊥S，Ф最大，ε＝0，ΔФ/Δt=0，線圈每經(jīng)過中性面一次電流方向改變一次，一個(gè)周期改變兩次。三.交變電流的變化規(guī)律4.最大值：5.特殊位置：乙丁兩張圖，v⊥B，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，電流瞬時(shí)值也最大，稱為峰值面(平行面)。此時(shí)：B//S，Ф＝0，ε最大，ΔФ/Δt最大，線圈每次經(jīng)過峰值面電流開始減小。問題：若峰值面計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢瞬時(shí)表達(dá)式是怎樣的？三.交變電流的變化規(guī)律6.Ф－t圖像：中性面θtФ0Фmte0εm四.交流發(fā)電機(jī)發(fā)電廠里的交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造比我們分析的復(fù)雜得多，但是基本組成部分也是兩部分，即產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈（通常叫作電樞）和產(chǎn)生磁場的磁體。1.旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極不動(dòng)的發(fā)電機(jī)，叫作旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。2.旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：如果磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞不動(dòng)，這種發(fā)電機(jī)叫作旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)。3.轉(zhuǎn)子和定子：不論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分都叫轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分都叫定子。四.交流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流，必須經(jīng)過裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，如果電壓很高，可能發(fā)生火花放電，滑環(huán)和電刷很快會(huì)燒壞。同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞無法做得很大，線圈匝數(shù)也不可能很多，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也不能很高。這種發(fā)電機(jī)輸出的電壓一般不超過500V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾萬伏的電壓，輸出功率可達(dá)幾百兆瓦。所以，大多數(shù)發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)磁極式的。例1.（多選）如圖所示，觀察電流表的指針，可以判定（）A．指針隨著線圈轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，并且線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次B．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟磁感線垂直位置時(shí)，電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大C．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟磁感線平行的位置時(shí)，電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大D．感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流是周期性變化的典型例題ACD例2.(多選)關(guān)于交變電流和直流電的說法中，正確的是(

)A．如果電流大小做周期性變化，則一定是交變電流B．直流電的大小可以變化，但方向一定不變C．交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的D．交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性的變化例3.(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是(

)A．當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢最大B．當(dāng)穿過線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢也為零C．每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流方向就改變一次D．線框經(jīng)過中性面時(shí)，各邊不切割磁感線典型例題BDCD例4.(多選)下列各圖中(A、B、C選項(xiàng)中的虛線為轉(zhuǎn)軸；D選項(xiàng)中O點(diǎn)為固定點(diǎn)，線圈在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，且勻強(qiáng)磁場區(qū)域足夠大)，線圈中能產(chǎn)生交流電的是（）典型例題AC例5.如圖所示，形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同，但面積均為S的單匝線圈處在同一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，以相同的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示的位置開始計(jì)時(shí)，則下列說法正確的是(

)A．感應(yīng)電動(dòng)勢最大值相同瞬時(shí)值不同B．感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值相同最大值不同C．感應(yīng)電動(dòng)勢最大值、瞬時(shí)值都不同D．感應(yīng)電動(dòng)勢最大值、瞬時(shí)值都相同典型例題D注意：轉(zhuǎn)軸不在中央，或者線框不是矩形，交流電表達(dá)式都一樣。abdcωBSωBS思考與討論：面積為S的單匝線框在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若從圖示位置開始計(jì)時(shí)，規(guī)定abcda方向?yàn)殡娏髡较颍嫵鼋涣麟奿－t圖像。abdcti0例6.如圖所示，一半徑為r＝10cm的圓形線圈共100匝，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5/π2，的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的中心軸線OO′以n＝600r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)．求(1)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式(2)線圈從圖示位置經(jīng)1/60s時(shí)的電動(dòng)勢的瞬時(shí)值(3)線圈從圖示位置經(jīng)T/6時(shí)的電動(dòng)勢的瞬時(shí)值(4)線圈從圖示位置經(jīng)60?時(shí)的電動(dòng)勢的瞬時(shí)值(5)線圈從圖示位置經(jīng)π/2時(shí)的電動(dòng)勢的平均值答：e=100sin20πt(V)，50V，50V，50V，200/π，(4)可以求電量嗎？需要什么條件？典型例題例7.關(guān)于交流發(fā)電機(jī)以下說法正確的是：（）A.常見的交流發(fā)電機(jī)有兩種，一種是旋轉(zhuǎn)電樞式一種是旋轉(zhuǎn)磁極式，其中旋轉(zhuǎn)磁極式交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓一般超過500V。B.蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)等將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，輸送給外電路的裝置。C.電樞在不同的發(fā)電機(jī)中都稱為“定子”，磁極則被稱為“轉(zhuǎn)子”。D.我國三峽水電站的發(fā)電機(jī)為“旋轉(zhuǎn)電樞”式發(fā)電機(jī)。典型例題AB例8.（多選）在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感應(yīng)垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，磁通量隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，則下列說法正確的是（）A．t=0.01s時(shí)線框的磁通量變化率最大B．t=0.005s時(shí)線框產(chǎn)生的電動(dòng)勢為零C．t=0.02s時(shí)線框中的電流改變方向D．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢頻率為100Hz典型例題AB例10.如圖為電動(dòng)機(jī)模型圖，左側(cè)為N極，右側(cè)為S極。電動(dòng)機(jī)線框通過換向器連入電路中，線框abcd的面積為S，匝數(shù)為n，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線框平面與磁場平行。若此時(shí)閉合開關(guān)，則下列說法正確的是（）A.從正前方看去，該線框?qū)?huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B.若同時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)電極和磁極方向，則線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變C.轉(zhuǎn)動(dòng)過程中線圈中電流方向變化，流過R的電流方向不變D.線框轉(zhuǎn)過90?時(shí)，穿過線框平面的磁通量最大，且為nBS典型例題C例10.一臺(tái)發(fā)電機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如果從中性面開始計(jì)時(shí)，發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢的峰值為εm=4