高中物理新人教版選修3-2課件：第五章51《交變電流》

1、第一節(jié)第一節(jié) 交變電流交變電流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電刷電刷電刷電刷定子定子【演示演示1】觀察小燈泡的觀察小燈泡的發(fā)光發(fā)光情況情況“亮亮”、“閃閃”閃閃: :亮亮: :通過燈泡電流大小是變化通過燈泡電流大小是變化說明有電流通過燈泡說明有電流通過燈泡 線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流強度大小是變化的線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流強度大小是變化的【演示演示2】觀察二極管的觀察二極管的發(fā)光發(fā)光情況情況交替發(fā)光交替發(fā)光通過二極管的電流通過二極管的電流方向方向是周是周期性變化的期性變化的線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向是變化的線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向是變化的G G概念概念:1.1.交變電流交變電流: 大小大小和和方向方向都隨時間做周期性的變化都隨

2、時間做周期性的變化. 簡稱交流（簡稱交流（AC）2.直流電直流電: 方向方向不隨時間變化的電流（不隨時間變化的電流（DC） 恒定電流恒定電流:大小大小和和方向方向不隨時間變化的電流不隨時間變化的電流 恒定電流恒定電流:大小大小和和方向方向不隨時間變化的電流不隨時間變化的電流 觀察下列幾個電流與時間的圖象觀察下列幾個電流與時間的圖象,判斷哪些是交變判斷哪些是交變電流電流z xxkit0(2)it0(1)it0(3)i0t(4)i0t(5)（1）（）（2）（）（5）問題問題1.在線圈轉(zhuǎn)動過程中在線圈轉(zhuǎn)動過程中,哪些邊在切割哪些邊在切割?a(b)(c)dv5v6acdHFb問題問題2.2.這兩條邊是

3、否一直在切割這兩條邊是否一直在切割? ?中中性性面面的的概概念念思考思考:在這個位置在這個位置磁通量磁通量是多大是多大?電動勢是零電動勢是零此時線圈所在的平面叫做此時線圈所在的平面叫做中性面中性面a(b)(c)dv1v2abcdHF問題問題3.若若單匝單匝線框所處位置與中性面垂直線框所處位置與中性面垂直,設(shè)磁感設(shè)磁感應(yīng)強度大小為應(yīng)強度大小為B ,ab邊和邊和cd邊長均為邊長均為L1,ad邊和邊和bc邊長為邊長為L2,線框繞垂直于磁場并且過線框繞垂直于磁場并且過ad和和bc邊中點邊中點的軸旋轉(zhuǎn)的軸旋轉(zhuǎn),角速度大小為角速度大小為. 問問: ab邊邊和和cd邊邊切割產(chǎn)切割產(chǎn)生的電動勢分別是多大生的電

4、動勢分別是多大? acdHFz x xka(b)(c)dv5v6acdHF21512abLEBL vBL 21612cdLEBL vBL 中性面中性面問題問題4.整個單匝整個單匝線框在與線框在與中性面垂直中性面垂直位置時產(chǎn)生位置時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是多大的感應(yīng)電動勢是多大?a(b)(c)dv5v6E =Eab+Ecd=BL1v5+BL1v6=BL1L2=Bs思考思考: :磁通量是多大磁通量是多大? ?acdHF中性面中性面0 z xxk問題問題5.若若單匝單匝線框從中性面開始轉(zhuǎn)動線框從中性面開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過一段時經(jīng)過一段時間間t,在在這一時刻這一時刻整個線框產(chǎn)生的電動勢又是多大整個線框產(chǎn)生的電動勢

5、又是多大?acdHF問題問題5.若若單匝單匝線框從中性面開始轉(zhuǎn)動線框從中性面開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過一段時經(jīng)過一段時間間t,在在這一時刻這一時刻整個線框產(chǎn)生的電動勢又是多大整個線框產(chǎn)生的電動勢又是多大?V3V4acdHF中性面中性面z xxkV3V4V3V3V4V4acdHFb(=t )中性面中性面瞬時值瞬時值瞬時值瞬時值峰值峰值問題問題6.若若n匝匝線框從中性面開始轉(zhuǎn)動線框從中性面開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過一段時間經(jīng)過一段時間t,在這一時刻整個線框產(chǎn)生的電動勢又是多大在這一時刻整個線框產(chǎn)生的電動勢又是多大?V3V4menBs sintE sint acdHFb中性面中性面問題問題7.若有若有n匝線框在勻速轉(zhuǎn)動匝線

6、框在勻速轉(zhuǎn)動,整個線框的總電阻整個線框的總電阻為為r,外電阻為外電阻為R,則通過電阻的電流和電阻兩端的電則通過電阻的電流和電阻兩端的電壓分別是多少壓分別是多少?V3V4vui i中性面中性面meE sint eiRr uiR mRuE sin tRr mEisin tRr miI sin t muU sint瞬時值瞬時值瞬時值瞬時值峰值峰值峰值峰值問題問題8.前面是用表達(dá)式表示交流電的變化規(guī)律前面是用表達(dá)式表示交流電的變化規(guī)律,怎怎樣用圖象表示交流電的變化規(guī)律樣用圖象表示交流電的變化規(guī)律?cbdaaaaabbbddddcccttT3T/4T/2T/4O3/2/22eEm=nBsEmmeE si

7、nt 作圖時規(guī)定感應(yīng)電動勢正方向為作圖時規(guī)定感應(yīng)電動勢正方向為dcbadcbdaaaaabbbddddcccttT3T/4T/2T/4O3/2 /22iImrRnBsIm miI sintcbdaaaaabbbddddccc作圖時規(guī)定感應(yīng)電流正方向為作圖時規(guī)定感應(yīng)電流正方向為dcbad思考：線圈在什么位置電流方向會發(fā)生思考：線圈在什么位置電流方向會發(fā)生 改變？改變？ 小結(jié)小結(jié): 通過以上分析可知：線圈在勻強磁場中繞通過以上分析可知：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，可以得到按正垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，可以得到按正弦規(guī)律變化的交變電流弦規(guī)律變化的交變電流,這種交變電流叫做這種交變

8、電流叫做正弦正弦式交變電流式交變電流,簡稱簡稱正弦式電流正弦式電流. 在目前的電力系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是正弦式在目前的電力系統(tǒng)中應(yīng)用的大多是正弦式電流電流. 【例例】 如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=2 T，匝，匝數(shù)數(shù)n=6的矩形線圈的矩形線圈abcd繞中心軸繞中心軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度勻速轉(zhuǎn)動，角速度=200 rad/s。已知。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，（1）感應(yīng)電動勢的最大值；）感應(yīng)電動勢的最大值；（2）設(shè)時間）設(shè)時間t=0時線圈平面與磁感線垂直，寫出線圈中時線圈平面與磁感線垂直，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；abc

9、dOO/B148m( )EnBSv 248200m( )eE sintsint(v) 例例 線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示，由圖示可知（流的圖象如圖所示，由圖示可知（ ） A、在、在A和和C時刻線圈處于磁通量變化率最大位置時刻線圈處于磁通量變化率最大位置B、在、在A和和C時刻穿過線圈的磁通量為最大時刻穿過線圈的磁通量為最大C、在、在B時刻到時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度弧度D、若從、若從B時刻到時刻到D時刻經(jīng)過時刻經(jīng)過0.01s，則在，則在1s內(nèi)交變電內(nèi)交變電流的方向改變流的方向改變100次次 ACD本節(jié)課小結(jié)本節(jié)

10、課小結(jié):2 2、正弦式交變電流的規(guī)律、正弦式交變電流的規(guī)律:(:(從中性面開始計時從中性面開始計時) )3 3、中性面的特點：、中性面的特點：1 1、交變電流、交變電流: :;sin tEemtUumsin;sintIimmmErRRU其中：其中：;NBSEm;rREImm大小和大小和方向方向都隨時間做周期性的變化都隨時間做周期性的變化磁通量最大為磁通量最大為mm； e=0e=0；電流方向改變。；電流方向改變?；仡櫧忉尰仡櫧忉尅狙菔狙菔?】中小燈泡為什么會閃亮中小燈泡為什么會閃亮?一個周期中閃亮幾次一個周期中閃亮幾次?ttT3T/4T/2T/4O3/2/22uUmt1t2t3t4U1-U11、

11、一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的、一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間隨時間t的變化如圖的變化如圖所示。下面說法中正確的（所示。下面說法中正確的（ ）At1時刻通過線圈的磁通量為零時刻通過線圈的磁通量為零Bt2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大Ct3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D每當(dāng)每當(dāng)e轉(zhuǎn)換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為轉(zhuǎn)換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大最大D鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：2 2、如圖，勻強磁場的磁感應(yīng)

12、強度、如圖，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B B=2 T=2 T，匝數(shù)，匝數(shù)n n=6=6的矩的矩形線圈形線圈abcdabcd繞中心軸繞中心軸OOOO勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速n n=50 r/s=50 r/s。已知已知 abab=0.1 m=0.1 m，bcbc=0.2 m=0.2 m，線圈的總電阻，線圈的總電阻R=12R=12， 試求：試求： （1 1）線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的最大值；）線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的最大值； （2 2）當(dāng)）當(dāng)t=30t=30時，線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電時，線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電 流的瞬時值各是多大？流的瞬時值各是多大？abcdOO/B)(2);(24) 1 (AIVEmm、)();(12)2(AiVe、思考：若線框思考：若線框從垂直中性面開始計時，從垂直中性面開始計時，在在t t時刻線時刻線圈中的感應(yīng)電動勢？并畫出圖象。圈中的感應(yīng)電動勢？并畫出圖象。e=nBscost=EmcostttT3T/4T/2T/4O3/2/22eEm類比延伸類比延伸如圖所示，如圖所示， ABC 是由均勻細(xì)導(dǎo)線是由均勻細(xì)導(dǎo)線制成面積為制成面積為S的等邊三角形線框，的等邊三角形線框，它以它以 AC 為轉(zhuǎn)軸，在磁感應(yīng)強度為轉(zhuǎn)軸，在磁感應(yīng)強度為為 B 的恒定的勻強磁場中以恒定的恒定的勻強磁場中以恒定的角速度的角速度轉(zhuǎn)動（俯視