人教版高二物理选修交变电流.ppt

一、交变电流大家好1大家好2大家好3穿穿过过闭闭合合电电路路的的磁磁通通量量发发生生变变化化时时，产产生生感感应应电电流流，而而磁磁通通量量变变化化的的方方式式不不同同，产产生生的的感感应应电电流流也也不不同同，感感应应电电流流可可以以是是恒恒定定的的，可可以以是是变变化化的的，可可以以是是周周期期性性变变化化的的，本本节节我我们们将将研研究究一一种种十十分分重重要要的的周周期期性性变变化化的电流的电流正弦式交变电流正弦式交变电流 大家好4直流电:电流方向不随时间而改变若电流若电流大小、方向大小、方向都不变则是以前所说过的都不变则是以前所说过的恒定电流恒定电流（也属直流电）（也属直流电）大家好5一、交变电流的产生一、交变电流的产生按下图所示进行实验演示按下图所示进行实验演示大家好6实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次大家好7一、交变电流一、交变电流1 1交变电流交变电流：方向随时间作周期变化的电流，叫：方向随时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称做交变电流，简称交流交流 注注：可是大小和方向都周期性变；也可以是大：可是大小和方向都周期性变；也可以是大小不变，方向周期性变。小不变，方向周期性变。2 2直流电直流电:电流电流方向方向不随时间而改变不随时间而改变 若电流若电流大小、方向大小、方向都不变则是以前所说过的都不变则是以前所说过的恒恒定电流定电流（也属直流电）（也属直流电）大家好8 二、交变电流的产生二、交变电流的产生 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图（P32页5.3-3）所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O1 1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？、线圈转动一周，电流方向改变多少次？2 2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？感应电动势是最大还是最小？3 3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？感应电动势是最大还是最小？大家好9为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析为平面图来分析.大家好10BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面(甲甲)BSBS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面中性面E=0,I=0E=0,I=0，有最大值有最大值大家好11BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，）垂直切割，E最大最大,感应电流最大感应电流最大,电流电流方向方向ba(乙乙)大家好12BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面BSBS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面中性面(丙丙)E=0,I=0，有最大值有最大值大家好13BS，=0，垂直切割，感应电流最大BS，=0，垂直切割，垂直切割，E最大最大,感应电流最大感应电流最大,电流电流方向方向a b大家好14特点：特点：a.a.磁通量磁通量为为0 0 b.E b.E最大，磁通量的变化率最大，磁通量的变化率/t t最大最大 返回（1 1）（）（甲甲）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面）（2 2）（乙）（丁）乙）（丁）最大值面（线圈垂直中性面）最大值面（线圈垂直中性面）特点:a.a.磁通量磁通量最大最大b.Eb.E0 0，磁通量的变化率，磁通量的变化率/t t为零为零c.c.当线圈转至中性面时，电流方向发生改变当线圈转至中性面时，电流方向发生改变d.d.线圈转动一周电流方向改变两次线圈转动一周电流方向改变两次大家好15 以以线线圈圈经经过过中中性性面面开开始始计计时时，在在时时刻刻t线线圈圈中中的感应电动势（的感应电动势（ab和和cd边切割磁感线边切割磁感线 ）所以令则有 e为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值即为电动势的最大值即峰值峰值=BS三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律EmNBS（多砸）（多砸）大家好16设线圈平面从中性面开设线圈平面从中性面开始转动，角速度是始转动，角速度是经经过时间过时间t t，线圈转过的角，线圈转过的角度是度是tt，cdcd边的线速度边的线速度v v的方向跟磁感线方向间的的方向跟磁感线方向间的夹角也等于夹角也等于ttabab、cdcd宽宽L L1 1，adad、bcbc长长L L2 2 ，磁磁感应强度是感应强度是B.B.cdcd边中的感应电动势就是边中的感应电动势就是ab ab 边中的感应电动势跟边中的感应电动势跟cdcd边中的大小相同，边中的大小相同，而且两边又是串联的而且两边又是串联的所以，这一瞬间整个线圈感应电动势所以，这一瞬间整个线圈感应电动势 t BL1L2tL2BL1BL1V ecd w ww w sin21sin2=大家好17成成立立条条件件：转转轴轴垂垂直直匀匀强强磁磁场场，经经中中性性面面时开始计时时开始计时 （1 1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化（2 2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化（3 3）电路上的电压按正弦规律变化电路上的电压按正弦规律变化 电流通过电流通过R时：时：小结小结大家好182 2、交变电流的变化规律、交变电流的变化规律e=nBssint=Emsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)e=nBscost=Emcost(从从BS开始计时开始计时)i=(nBs/R)sint=Imsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)i=(nBs/R)cost=Imcost(从从从从BS开始计时开始计时)u=Umsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)u=Umcost(从从从从BS开始计时开始计时)(1)(1)感应电动势感应电动势:(2)感应电流感应电流:(3)外电路电阻两端的电压外电路电阻两端的电压:大家好191.建立交流电的瞬时方程必须首先确定建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em、，同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦，同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲线，曲线，e=Emsint;从垂直中性面开始是余弦曲从垂直中性面开始是余弦曲线，线，e=Emcost）.2.由由Em=N2BL1v=NBL1L2=NBS=Nm可可知，峰值知，峰值Em与线圈的面积有关。而与垂直于磁与线圈的面积有关。而与垂直于磁场方向的转动轴的位置无关，与线圈的形状也场方向的转动轴的位置无关，与线圈的形状也无关。无关。3.转速对交变电流的影响：由转速对交变电流的影响：由e=NBSsint可可知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应电动势随之增大，同时交变电流的变化也加快。电动势随之增大，同时交变电流的变化也加快。注意：注意：大家好20交流电的图像交流电的图像 大家好213 3、交变电流的种类、交变电流的种类(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲大家好22交流发电机交流发电机发电机的基本组成发电机的基本组成?发电机的基本种类发电机的基本种类?大家好23交流发电机简介大家好24大家好25（1）发电机的基本组成：）发电机的基本组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类）发电机的基本种类旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部分叫，不动的部分叫定子定子大家好26总结：总结：1.交变电流交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。2.交变电流的变化规律：交变电流的变化规律：方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过中性面一次，感应线圈平面每经过中性面一次，感应电电 流的方向就改变一次；线圈转动一周，流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。感应电流的方向改变两次。大小变化规律大小变化规律-按正弦规律变化：按正弦规律变化：e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最大值 大家好271 1在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是，属于正弦交变电流的是 。tiABCDABDA大家好282 2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：律如图所示，下面说法中正确的是：t t1 1时刻通过线圈的磁通量为零；时刻通过线圈的磁通量为零；t t2 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；t t3 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；每当每当e e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。为最大。答案：答案：D大家好293.交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSint，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：A。e=EmSin2t B.e=2EmSin2t C.e=2EmSin4t D.e=2EmSint 答案B 例题3大家好30、线线圈圈从从中中性性面面开开始始转转动动，角角速速度度是是，线线圈圈中中的的感感应应电电动动势势的的峰峰值值是是E Em m，那那么么在在任任 一一 时时 刻刻 t t感感 应应 电电 动动 势势 的的 瞬瞬 时时 值值 e e为为 若若线线圈圈电电阻阻为为，则则感感应应电电流流的的瞬瞬时时值值为为0Em e-Em te=E Em msintsinti=E Em m/(R/(Rsint)sint)大家好315.影响产生感应电动势大小的因素可能是（影响产生感应电动势大小的因素可能是（）A.线圈的面积线圈的面积B.线圈的转速线圈的转速C.磁场强弱磁场强弱D.线圈电阻线圈电阻ABC大家好32 6.6.一台发电机一台发电机(N(N砸砸)产生的按正弦规律变化的感应电动势产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为的最大值为311V311V，线圈在磁场中转动的角速度是，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s100rad/s。（1 1）写出感应电动势的瞬时值表达式。）写出感应电动势的瞬时值表达式。（2 2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为总电阻为100100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在在t=1/120st=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3 3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180180度的过程中，电动势的最大值、度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？平均值分别是多少？（4 4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案答案（1 1）e=311Sin100t(V)e=311Sin100t(V)（2 2）I=3.11SinI=3.11Sin（1001001/1201/120）=3.11=3.111/2=1.551/2=1.55（A A）（3 3）E E m m=311V E=N/t=2NBS/198V=311V E=N/t=2NBS/198V（4 4）/t=311/N/t=311/N（Wb/sWb/s）大家好337、手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？、手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？分析：分析：（1）灯泡发光需要一定的电压，只有大于该值灯泡发光需要一定的电压，只有大于该值时，才能使灯泡发光。时，才能使灯泡发光。（2）如图所示，当）如图所示，当T1tT2时间时间内，小灯泡亮了，当内，小灯泡亮了，当T2tT3时间时间内，小灯泡变暗了，在内，小灯泡变暗了，在T3tT4时时间内小灯泡又亮了。间内小灯泡又亮了。大家好348.8.放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻R R相连，如图相连，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为所示，匀强磁场的磁感应强度为B B，与导轨平面垂直，与导轨平面垂直一根长度为一根长度为l l(等于平行导轨间距等于平行导轨间距)的金属棒电阻为的金属棒电阻为r r，放，放置在导轨上，当金属棒在置在导轨上，当金属棒在AAAA和和BBBB之间做简谐运动之间做简谐运动时，速度随时间的变化规律是时，速度随时间的变化规律是v=vv=v0 0coscost t试求：试求：(1)(1)通过电阻通过电阻R R的电流和它两端的电压的电流和它两端的电压 (2)(2)说明通过说明通过R R的电流在什么时刻改变方向的电流在什么时刻改变方向?在什么在什么时刻变化率最大时刻变化率最大?大家好35思路分析：本题考查做简谐运动的物体切割磁感线思路分析：本题考查做简谐运动的物体切割磁感线产生的交流电产生的交流电 既然是切割磁感线的运动，根据既然是切割磁感线的运动，根据E EB Blv lv即可求得即可求得感应电动势，要注意感应电动势，要注意v v应代入瞬时值求得瞬时感应电动应代入瞬时值求得瞬时感应电动势导体棒速度为零时，瞬时电动势为零，就在此时势导体棒速度为零时，瞬时电动势为零，就在此时改变速度方向，也同时改变电流方向改变速度方向，也同时改变电流方向解析解析:(1):(1)因为导体棒做简谐运动，必定在因为导体棒做简谐运动，必定在AAAA和和BBBB中间的中间的OOOO速度最大，此时刻便是速度最大，此时刻便是v=vv=v0 0coscost t的计时的计时起点起点 导体棒产生的感应电动势导体棒产生的感应电动势 大家好36通过电阻通过电阻R R的电流的电流 R R两端的电压两端的电压(2)(2)导体运动方向发生变化，即导体棒在导体运动方向发生变化，即导体棒在AAAA、BBBB位位置时电流的方向发生变化，此时刻导体棒的速度为零，置时电流的方向发生变化，此时刻导体棒的速度为零，瞬时电动势和电流都为零，电流的变化率等最大瞬时电动势和电流都为零，电流的变化率等最大 大家好37拓展延伸：产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强拓展延伸：产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生本磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生本题金属棒在导轨上作简谐运动切割磁感线，也能产生题金属棒在导轨上作简谐运动切割磁感线，也能产生正弦式交流电即使是线圈转动，也不一定是矩形线正弦式交流电即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴只要是绕垂直于磁场圈，也不一定绕线圈的对称轴只要是绕垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电流仍是正弦式交流电流仍是正弦式交流电大家好38大家好39结束大家好40