物理--交变电流.ppt

第,5,章 第一节交变电流,课标定位,学习目标：,1.,知道什么是交变电流,2,理解交变电流的产生及变化规律,3,了解正弦式交变电流的图象和三角函数表达式,重点难点：,1.,交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点,2,交变电流产生的物理过程的分析及图象的表达,核心要点突破,课堂互动讲练,知能优化训练,第一节,交变电流,课前自主学案,课前自主学案,一、交变电流,1,交变电流：大小和方向都随时间做,_,变化的电流，称为交变电流，简称交流,2,直流：方向不随时间变化的电流称为直流,二、交变电流的产生,1,在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是,_,2,线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流,_,，这一位置叫,_,线圈平面经过中性面时，,_,就发生改变线圈绕轴转一周经过中性面,_,，因此感应电流方向改变,_,周期性,交变电流,为零,中性面,感应电流方向,两次,两次,三、交变电流的变化规律,1,正弦式交变电流的瞬时值表达式,i,_,u,_,e,_,其中,i,、,u,、,e,分别表示电流、电压、电动势的,_,，,I,m,、,U,m,、,E,m,分别表示电流、电压、电动势的,_,I,m,sin,t,U,m,sin,t,E,m,sin,t,瞬时值,最大值,2,正弦式交变电流的图象：如图,5,1,1,所示,图,5,1,1,科目三考试,科目,3,实际道路考试技巧、视频教程,科目四考试,科目四模拟考试题,C1,科目四仿真考试,3,几种不同类型的交变电流,实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图,5,1,2,所示,图,5,1,2,核心要点突破,一、两个特定位置的特点,图示,概念,中性面位置,与中性面垂直的位置,特别提醒：,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式例如线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正弦式电流,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),1,矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是,(,),A,当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大,B,当穿过线框的磁通量为零时线框中的感应电动势也为零,C,每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次,D,线框经过中性面时，各边不切割磁感线,解析：,选,CD.,线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻变化垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大故,C,、,D,正确,二、正弦交变电流瞬时值、峰值表达式的推导,1,瞬时值表达式的推导设线圈从中性面起经时间,t,转过角度,，则,t,，此时两边,ab,、,cd,速度方向与磁感线方向的夹角分别为,t,和,(180,t,),，如图,5,1,3,所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：,图,5,1,3,2,峰值表达式,由,e,NBS,sin,t,可知，电动势的峰值,E,m,NBS,N,m,，与线圈的形状及转轴位置无关,特别提醒：,(1),瞬时值与开始计时的位置及线圈转动的时间有关,若线圈从中性面开始计时，,e,E,m,sin,t,.,若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，,e,E,m,cos,t,.,(2),峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),2,交流发电机在工作时电动势为,e,E,m,sin,t,，若将发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为,(,),解析：,选,C.,交变电流的瞬时值表达式,e,E,m,sin,t,，其中,E,m,NBS,，当,加倍而,S,减半时，,E,m,不变，故,C,正确,三、对正弦式交变电流的图象的理解,正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图,5,1,4,所示,图,5,1,4,从图象中可以解读到以下信息：,1,交变电流的最大值,I,mE,m,、周期,T,.,2,因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻,3,找出线圈平行磁感线的时刻,4,判断线圈中磁通量的变化情况,5,分析判断,i,、,e,随时间的变化规律,特别提醒：,用物理图象反映某些物理量的变化过程,既可使该变化的整体特征一目了然，还可将变化过程中的暂态,“,定格,”,，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),3.,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势,e,t,图象如图,5,1,5,所示，则,(,),A,t,1,、,t,3,时刻线圈通过中性面,B,t,2,、,t,4,时刻线圈中磁通量最大,C,t,1,、,t,3,时刻线圈中磁通量变化率最大,D,t,2,、,t,4,时刻线圈平面与中性面垂直,图,5,1,5,解析：,选,AD.,t,1,、,t,3,时刻电动势为零，线圈处在中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，,A,对，,C,错,t,2,、,t,4,时刻电动势最大，线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，,B,错，,D,对,有一个正方形线圈的匝数为,10,匝，边长为,20 cm,，线圈总电阻为,1,，线圈绕,OO,轴以,10,rad/s,的角速度匀速转动，如图,5,1,6,，匀强磁场的磁感应强度为,0.5 T,，问：,课堂互动讲练,类型一,交变电流瞬时值的计算,例,1,图,5,1,6,(1),该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？,(2),写出感应电动势随时间变化的表达式,(3),线圈从图示位置转过,60,时，感应电动势的瞬时值是多大？,【,思路点拨,】,先根据,E,m,NBS,计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是,e,E,m,sin,t,还是,e,E,m,cos,t,.,【,答案,】,(1)6.28 V,6.28 A,(2),e,6.28cos10,t,V,(3)3.14 V,【,规律总结,】,确定交变电流的电动势瞬时值表达式时，首先要确定线圈转动是从哪个位置开始计时,以便确定表达式是正弦式还是余弦式；其次是确定线圈转动的角速度,；再次是确定感应电动势的峰值,E,m,nBS,；最后写瞬时值表达式,e,E,m,sin,t,(,或,e,E,m,cos,t,),变式训练,1,单匝矩形线圈面积为,S,，如图,5,1,7,所示，一半在匀强磁场中，磁感应强度为,B,，另一半没有磁场，当线圈绕,OO,轴以角速度,匀速转动时，求回路中感应电动势的瞬时值表达式,图,5,1,7,如图,5,1,8,所示，匀强磁场的磁感应强度,B,0.1 T,，所用矩形线圈总电阻为,R,100,，线圈的匝数,n,100,，边长,l,ab,0.2 m,，,l,bc,0.5 m,，以角速度,100,rad/s,绕,OO,轴匀速转动，试求当线圈平面从图示位置,(,与中性面垂直,),转过,90,的过程中：,(1),线圈中的平均电动势,(2),通过线圈某一截面的电荷量,类型二,交变电流平均值的计算,例,2,图,5,1,8,【,答案,】,(1)200 V,(2)1,10,2,C,【,规律总结,】,平均电动势既不是电动势峰值的一半，也不是历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解计算通过线圈某一截面的电荷量，必须根据电流的平均值进行求解,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的图象如图,5,1,9,所示，下列说法中正确的是,(,),图,5,1,9,类型三,交变电流的图象,例,3,A,在,t,1,时刻穿过线圈的磁通量达到峰值,B,在,t,2,时刻穿过线圈的磁通量达到峰值,C,在,t,3,时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值,D,在,t,4,时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值,【,思路点拨,】,磁通量最大时，变化率为,0,，电动势为,0,，电流为,0,；磁通量为,0,时，变化率最大,电动势最大，电流最大,