高中物理选修---交变电流.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高中物理选修 交变电流,1.本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续，是楞次定律及法拉第电磁感应定律的具体应用。其知识特点是需要了解识记的基本概念较多，但重点内容突出，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。,2.本章知识的另一个特点是与科学、技术、社会联系密切，输电工程又是属于知识密集型工程，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用。,名师支招：,(1)线圈经过中性面时电流方向改变，在一个周期内，电流方向改变两次。,(2)感应电动势的最大值,E,m,=,nBS,，,E,m,仅由,n、B、S、,四个物理量决定，与转轴的具体位置和线圈形状无关。,要点一 中性面与峰值面的比较,中性面,峰值面,含义,线圈平面与磁,场方向垂直,线圈平面与磁,场方向平行,磁通量,最大(,BS,),零,磁通量的变化率,0,最大,感应电动势,0,最大(,nBS,),学案,1,交 变 电 流,e=nBlv=nBlvsint ,【名师支招】公式 和 只适用于正弦式交变电流，对于非正弦式交变电流的有效值，据有效值的定义求解。,要点三 对交变电流有效值的理解,热点二 交变电流有效值的计算,【解析1)因线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动，所以Em=NBS。,代入已知数据，解得 ,(3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中的 和 周期部分可直接应用 的关系。,交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。,交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。,交变电流图象中图线和时间轴所围成的面积与时间的比值,计算线圈某时刻的电流情况和感应电动势情况，该式是从中性面开始计时,(1)线圈经过中性面时电流方向改变，在一个周期内，电流方向改变两次。,(2)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;,OO轴匀速转动。,2.,要点二 描述交变电流“四值”的比较,交变电流的有效值为 A,要点二 描述交变电流“四值”的比较,名师支招：,在进行交变电流相关的计算时，一定要注意题中具体应用的是什么物理量，根据上述的适用情况恰当的选择“四值”。,物理量,物理意义,重要关系,适用情况及说明,瞬时值,交变电流某一刻的值,e=E,m,sin,t,i=I,m,sin,t,计算线圈某时刻的电流情况和感应电动势情况，该式是从中性面开始计时,峰值,最大的瞬时值,E,m,=,nBS,讨论电容器的击穿电压,有效值,跟交变电流热效应等效的恒定电流值,对正弦式,交变电流,计算与热效应有关的物理量,铭牌上额定电压或额定电流值交流电表的读数,保险丝的熔断电流,平均值,交变电流图象中图线和时间轴所围成的面积与时间的比值,计算通过电路横截面积的电荷量,另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。,【例2】如图11-1-6所示是一交流电压随时间变化,据闭合电路欧姆定律可知，闭合电路中的电流为,代入已知数据，解得 ,OO轴匀速转动。,跟交变电流热效应等效的恒定电流值,【解析】(1)因线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动，所以Em=NBS。,要点二 描述交变电流“四值”的比较,解得 e=nBl2sint,交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。,交变电流图象中图线和时间轴所围成的面积与时间的比值,本章知识的另一个特点是与科学、技术、社会联系密切，输电工程又是属于知识密集型工程，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用。,2.,OO连线为轴，以角速度匀速转动，从,其知识特点是需要了解识记的基本概念较多，但重点内容突出，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。,1.交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。注意“三同”；“相同电阻”上、“相同时间”内、产生“相同热量”。计算时“相同时间”一般取一个周期的时间2.在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下，所给出的交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值。,3.非正弦交变电流的有效值，应按有效值的定义计算。,要点三 对交变电流有效值的理解,电流名称,电流图象,有效值,正弦式交变电流,正弦半波电流,正弦单向脉动电流,矩形脉动电流,非对称性交变电流,例如,上表中非对称性交变电流有效值的计算要根据“三同”列方程(在一个周期内),所以 。,名师支招：,(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，把握住“三同”；“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。,(2)利用两类公式,Q,=,I,2,Rt,和 可分别求得电流有效值和电压有效值。,(3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中的 和 周期部分可直接应用 的关系。,【,例,1】如图11-1-3所示，边长为,l,的正方形线框,abcd,的匝数为,n,，,ad,边的中点和,bc,边的中点的,连线,OO,恰好位于匀强磁场的边界上，磁,感应强度为,B,，线圈与外电阻,R,构成闭合电,路，整个线圈的电阻为,r,。现在让线框以,OO,连线为轴，以角速度,匀速转动，从,图示时刻开始计时，求：,(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式；,(2)当 时，电阻,R,两端的电压值。,热点一 交变电流的产生,图11-1-3,【答案】,【,解析,】(1)沿,OO,方向看去，磁场分布的侧视图如图11-1-4所示。,由图可知，线圈转动时只有一条边切割磁感线，产生感应电动势，在,t,时刻线圈的电动势为,e,=,nBlv,=,nBlv,sin,t,其中,解得,e,=,nBl,2,sin,t,据闭合电路欧姆定律可知，闭合电路中的电流为,(2)由电流瞬时值表达式知，时，流过电阻,的电流为,由部分电路欧姆定律知，时，电阻,两端电压为 。,图11-1-4,【名师支招】,(1)只有具体推导，才能得出正确的瞬时值表达式，解析本题时，若不具体推导，只凭记忆,E,m,=,nBS,，写出瞬时值表达式，就刚好掉入出题者设计的陷阱。,(2)闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律对交变电流也是适用的。,(3)写瞬时值表达式时，必须注意在,t,=0时刻，感应电动势(或电流)的值是否为零，只有从线圈垂直于匀强磁场(位于中性面)时刻开始计时时，交变电流的瞬时值表达式才是正弦函数式。,1,(单项选择)如图11-1-5(a)所示，一矩形线圈,abcd,放置在匀强磁场中，并绕过,ab,、,cd,中点的轴,OO,以角速度,逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角,=45时(如图11-1-5(b)为计时起点，并规定当电流自,a,流向,b,时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是(),图11-1-5,D,【,例,2】如图11-1-6所示是一交流电压随时间变化,的图象，此交流电压的有效值等于_。热点二 交变电流有效值的计算,【,解析,】如图11-1-6所示给出的是一方波交,流电，周期为,0.3，前 时间内,1,100V，后 时间内,2,-50。设,该交流电压的有效值为,，根据有效值的定,义，有,代入已知数据，解得,图11-1-6,【名师支招】,公式 和 只适用于正弦式交变电流，对于非正弦式交变电流的有效值，据有效值的定义求解。,2,【答案】,多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的，如图11-1-7所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压。即在正弦交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为多少？,图11-1-7,【,例,3】如图11-1-8所示，匀强磁强,B,=0.1 T，所用矩形线圈的匝数,N,=100，边长,ab,=0.2 m，,bc,=0.5 m，以角速度,=100 rad/s绕,OO,轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：,(1)线圈产生的感应电动势的峰值；,(2)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;,(3)由,t,=0至,t,=,T,/4过程中的平均电动势值。,热点三 交变电流的峰值、瞬时值、平均值的计算,图11-1-8,解析,】(1)因线圈在匀强磁场中绕,OO,轴匀速转动，所以,E,m,=,NBS,。,又,S=abbc,所以,E,m,=,NBabbc,=1000.10.20.5100 V=314 V。,(2)由于线圈平面通过中性面开始计时，所以交流电瞬时值表达式,e=E,m,sin,t,=314sin100,t,V。,(3)由 计算,t,=0至,t,=,T,/4过程中的平均电动势,即 =,NBS,。,代入数值得 =200 V。,【答案】(1)314 V (2),e,=314sin100,t,V (3)200 V,【名师支招,】(1)感应电动势的最大值,E,m,=,NBS,，求解时不要忘记线圈的匝数,N,。,(2)求线圈转动过程中某段时间内的平均电动势时，应用 求解，但应注意,的正负及,与,t,的对应关系。,精品课件,！,精品课件,！,3,(单项选择)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图11-1-9所示，此线圈与一个,R,=10 的电阻构成闭合电路。,不计电路的其他电阻。,下列说法正确的是(),A.交变电流的周期为0.125 s,B.交变电流的频率为8 Hz,C.交变电流的有效值为 A,D.交变电流的最大值为4 A,C,图11-1-9,