物理：5.1 《交變電流》2課件(新人教版選修3-2)1

1、一、交變電流穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，而磁通量變化的方式不同，產(chǎn)生感應(yīng)電流，而磁通量變化的方式不同，產(chǎn)生的感應(yīng)電流也不同，感應(yīng)電流可以是恒定生的感應(yīng)電流也不同，感應(yīng)電流可以是恒定的，可以是變化的，可以是周期性變化的，的，可以是變化的，可以是周期性變化的，本節(jié)我們將研究一種十分重要的周期性變化本節(jié)我們將研究一種十分重要的周期性變化的電流的電流正弦式交變電流正弦式交變電流 直流電:電流方向不隨時(shí)間而改變一、交變電流的產(chǎn)生一、交變電流的產(chǎn)生按下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示按下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)線圈時(shí)，電流計(jì)指針在左右實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)線

2、圈時(shí)，電流計(jì)指針在左右搖動(dòng)，線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次搖動(dòng)，線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次1 1交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期變化交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期變化的電流，叫做交變電流，簡稱的電流，叫做交變電流，簡稱交流交流 2 2閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交流，但這不是產(chǎn)生交流的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交流，但這不是產(chǎn)生交流的惟一方式惟一方式 設(shè)正方形線圈的邊長為設(shè)正方形線圈的邊長為L，在勻強(qiáng)磁場在勻強(qiáng)磁場B中繞垂直中繞垂直于磁場的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，于磁場的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，ab和和cd邊垂

3、直于紙面，轉(zhuǎn)軸為邊垂直于紙面，轉(zhuǎn)軸為O1 1、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變多少次？、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變多少次？2 2、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最大？這時(shí)、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最大？這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢是最大還是最??？感應(yīng)電動(dòng)勢是最大還是最?。? 3、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最?。窟@時(shí)、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最??？這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢是最大還是最?。扛袘?yīng)電動(dòng)勢是最大還是最?。?為了能更方便地說明問題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為了能更方便地說明問題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來分析為平面圖來分析.BS，最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流中性面(甲甲) BSBS， 最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流最大，

4、各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流中性面中性面E=0 , I=0E=0 , I=0，有最大值有最大值BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，感應(yīng)電流最大BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，）垂直切割， E最大最大,感應(yīng)電流最大感應(yīng)電流最大,電流電流方向方向a b(乙乙)BS，最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流中性面BSBS， 最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流中性面中性面(丙丙)E=0 , I=0，有最大值有最大值BS，=0，垂直切割，感應(yīng)電流最大BS，=0，垂直切割，垂直切割， E最大最大,感應(yīng)電流最大感應(yīng)電流最大,電流電流方向方向ba特點(diǎn)：特點(diǎn)：a. a

5、. 磁通量磁通量為為0 0 b. E b. E最大，磁通量的變化率最大，磁通量的變化率/ / t t最大最大 返回（1 1）（）（甲甲）（丙）中性面（線圈與磁感線垂直的平面）（丙）中性面（線圈與磁感線垂直的平面）（2 2）（乙）（丁）乙）（?。┳畲笾得妫ň€圈垂直中性面）最大值面（線圈垂直中性面）a. a. 磁通量磁通量最大最大b. Eb. E0 0，磁通量的變化率，磁通量的變化率/ / t t為零為零c. c. 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí)，電流方向發(fā)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí)，電流方向發(fā) 生改變生改變d. d. 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩次tBLvesin22LvtLBesin2所

6、以2LBEm令則有 tEemsine為電動(dòng)勢在時(shí)刻為電動(dòng)勢在時(shí)刻t的瞬時(shí)值，的瞬時(shí)值，Em為電動(dòng)勢的最大值為電動(dòng)勢的最大值=B S二、交變電流的變化規(guī)律二、交變電流的變化規(guī)律Em NBS 設(shè)線圈平面從中性面開設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是經(jīng)經(jīng)過時(shí)間過時(shí)間t t，線圈轉(zhuǎn)過的角，線圈轉(zhuǎn)過的角度是度是tt，cdcd邊的線速度邊的線速度v v的方向跟磁感線方向間的的方向跟磁感線方向間的夾角也等于夾角也等于ttabab、cdcd寬寬L L1 1，adad、bcbc長長L L2 2 ，磁磁感應(yīng)強(qiáng)度是感應(yīng)強(qiáng)度是B.B.cdcd邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢就是邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢就是ab ab 邊中的感

7、應(yīng)電動(dòng)勢跟邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢跟cdcd邊中的大小相同，邊中的大小相同，而且兩邊又是串聯(lián)的而且兩邊又是串聯(lián)的所以，這一瞬間整個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢所以，這一瞬間整個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢 t BL1L2tL2BL1BL1V ecd sin21sin2 成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場，經(jīng)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí) （1）電動(dòng)勢按正弦規(guī)律變化tEemsin（2）電流按正弦規(guī)律變化 tIimsin（3）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化 tUumsin 電流通過R時(shí)： tIimsin.RIUiRumm，2 2、交變電流的變化規(guī)律、交變電流的變化規(guī)律e=nBssint=Emsint(從中性面開始計(jì)時(shí)從中性面開始計(jì)時(shí))e=nBscost=Em

8、cost(從從BS開始計(jì)時(shí)開始計(jì)時(shí))i=(nBs/R)sint=Imsint(從中性面開始計(jì)時(shí)從中性面開始計(jì)時(shí))i=(nBs/R)cost=Imcost(從從從從BS開始計(jì)時(shí)開始計(jì)時(shí))u=Umsint(從中性面開始計(jì)時(shí)從中性面開始計(jì)時(shí))u=Umcost(從從從從BS開始計(jì)時(shí)開始計(jì)時(shí))(1)(1)感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢: :(2)感應(yīng)電流感應(yīng)電流:(3)外電路電阻兩端的電壓外電路電阻兩端的電壓: 1.建立交流電的瞬時(shí)方程必須首先確定建立交流電的瞬時(shí)方程必須首先確定Em、，同時(shí)注意起始位置（是從中性面開始是正弦曲同時(shí)注意起始位置（是從中性面開始是正弦曲線，線，e=Emsint;從垂直中性面開始是余弦

9、曲線，從垂直中性面開始是余弦曲線，e=Emcost）.2.由由Em=N2BL1v=NBL1L2=NBS=Nm可可知，峰值知，峰值Em與線圈的面積有關(guān)。而與垂直于磁與線圈的面積有關(guān)。而與垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無關(guān)，與線圈的形狀也場方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無關(guān)，與線圈的形狀也無關(guān)。無關(guān)。3.轉(zhuǎn)速對交變電流的影響：由轉(zhuǎn)速對交變電流的影響：由e=NBSsint可可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，角速度也增大，使得感應(yīng)知，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，角速度也增大，使得感應(yīng)電動(dòng)勢隨之增大，同時(shí)交變電流的變化也加快。電動(dòng)勢隨之增大，同時(shí)交變電流的變化也加快。交流電的圖像 3 3、交變電流的種類、交變電流的種類(1)(1)正弦交流電正弦

10、交流電(2)(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓示波器中的鋸齒波掃描電壓(3)(3)電子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖電子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖(4)(4)激光通信中的尖脈沖激光通信中的尖脈沖完整地看交流電產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的基本組成發(fā)電機(jī)的基本組成?發(fā)電機(jī)的基本種類發(fā)電機(jī)的基本種類?交流發(fā)電機(jī)簡介 （1）發(fā)電機(jī)的基本組成：）發(fā)電機(jī)的基本組成： 用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈（叫電樞）用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈（叫電樞） 用來產(chǎn)生磁場的磁極用來產(chǎn)生磁場的磁極 （2）發(fā)電機(jī)的基本種類）發(fā)電機(jī)的基本種類 旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動(dòng)磁極不動(dòng)）旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動(dòng)磁極不動(dòng)） 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動(dòng)電樞不動(dòng)）旋轉(zhuǎn)磁極

11、式發(fā)電機(jī)（磁極動(dòng)電樞不動(dòng)）無論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫無論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分叫，不動(dòng)的部分叫定子定子總結(jié)：總結(jié)： 1.交變電流交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。 2.交變電流的變化規(guī)律：交變電流的變化規(guī)律： 方向變化規(guī)律方向變化規(guī)律-線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。變兩次。 大小變化規(guī)律大小變化規(guī)律-按正弦規(guī)律變化：按正弦規(guī)律變化： e=Emsint Em=NBS叫電動(dòng)勢的最大

12、值叫電動(dòng)勢的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫電流的最大值叫電流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫電壓的最大值叫電壓的最大值 1 1在如圖所示的幾種電流隨時(shí)間變化的圖線中，屬在如圖所示的幾種電流隨時(shí)間變化的圖線中，屬于交變電流的是于交變電流的是 ，屬于正弦交變電流的，屬于正弦交變電流的是是 。tiABCDA B DA2 2 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是：規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是：A.A. t t1

13、 1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；B.B. t t2 2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對值最大；時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對值最大；C.C. t t3 3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大；時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大；D.D. 每當(dāng)每當(dāng)e e變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對值都變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。為最大。 答案：答案： D3. 交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電動(dòng)勢的變化規(guī)律為 e=EmSint，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高一倍，其它條件不變，則電動(dòng) 勢的變化規(guī)律將變化為：A。e=EmSin2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D.

14、e=2EmSint 答案B、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是，線圈、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值是中的感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值是E Em m，那么在任一時(shí)刻，那么在任一時(shí)刻t t感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e e為為 若線圈電阻為，則感應(yīng)若線圈電阻為，則感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為電流的瞬時(shí)值為0Em -Em t5.影響產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢大小的因素可能是影響產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢大小的因素可能是（ ）A.線圈的面積線圈的面積 B.線圈的轉(zhuǎn)速線圈的轉(zhuǎn)速C.磁場強(qiáng)弱磁場強(qiáng)弱 D.線圈電阻線圈電阻ABC 6. 6. 一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢的最一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感

15、應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為大值為311V311V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100rad/s100rad/s。 （1 1）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式。）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式。 （2 2）若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路的）若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路的總電阻為總電阻為100100，試寫出通過負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式、，試寫出通過負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式、在在t=1/120st=1/120s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？（3 3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過）線圈從中性面轉(zhuǎn)過180180度的過程中，電動(dòng)勢的最大值、度的過程中

16、，電動(dòng)勢的最大值、 平均值分別是多少？平均值分別是多少？（4 4）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量的變化率最大值是多少？）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量的變化率最大值是多少？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） 7、手搖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小燈泡為何一閃一閃的呢？、手搖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

17、動(dòng)時(shí)，小燈泡為何一閃一閃的呢？ 分析：分析：（1）燈泡發(fā)光需要一定的電壓，只有大于該值燈泡發(fā)光需要一定的電壓，只有大于該值時(shí)，才能使燈泡發(fā)光。時(shí)，才能使燈泡發(fā)光。（2）如圖所示，當(dāng)）如圖所示，當(dāng)T1tT2時(shí)間時(shí)間內(nèi)，小燈泡亮了，當(dāng)內(nèi)，小燈泡亮了，當(dāng)T2tT3時(shí)間時(shí)間內(nèi)，小燈泡變暗了，在內(nèi)，小燈泡變暗了，在T3tT4時(shí)時(shí)間內(nèi)小燈泡又亮了。間內(nèi)小燈泡又亮了。課堂練習(xí)課堂練習(xí) 、交變電流：、交變電流：和和 都隨時(shí)間做都隨時(shí)間做 的電流叫做交變電流電壓和電流隨的電流叫做交變電流電壓和電流隨時(shí)間按時(shí)間按 變化的交流電叫正弦交流電變化的交流電叫正弦交流電 、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的中心軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就會(huì)垂直于磁場方向的中心軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生 、當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí)，線圈各邊都、當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí)，線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這樣的位置不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這樣的位置叫做叫做線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電電流方向就改變一次，因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向改變流方向改變、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是，線圈，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢