物理選修人教新課標(biāo) 交變電流課件

1、1高中物理選修3-2 1 1 交變電流交變電流21、直直流電流電流流(DC)2、交交變電變電流流(AC)一、交變電流的概念一、交變電流的概念 方向不隨時間變化的電流稱為直流電。電池方向不隨時間變化的電流稱為直流電。電池供給的電流供給的電流, ,大小和方向都不隨時間變化大小和方向都不隨時間變化, ,所以所以屬于直流屬于直流. .3發(fā)光二極管特征：1、單向?qū)щ娦裕?2、爭相輸入電流才發(fā)光實驗操作：實驗時開始搖動發(fā)電機(jī)的速度要慢，可以觀察到兩個發(fā)光二極管輪流發(fā)光的情況；轉(zhuǎn)速微微加快，兩個發(fā)光二極管幾乎同時閃閃發(fā)光，就分不出先后了。4eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23

2、 3/2/22 2tt t 二、交變電流的產(chǎn)生二、交變電流的產(chǎn)生交變電流產(chǎn)生條件：線圈在磁場中繞垂交變電流產(chǎn)生條件：線圈在磁場中繞垂 直于磁場的軸轉(zhuǎn)動直于磁場的軸轉(zhuǎn)動 假定線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲至乙?？紤]下面幾假定線圈沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲至乙?？紤]下面幾個問題。個問題。 1、圖中，在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，、圖中，在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個邊中電流向哪個方向流動？方向流動？ 2、在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，、在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，AB邊中電流向哪個方向動？邊中電流向哪個方向動？ 3、當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時、當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到什么位置時線

3、圈中沒有電流，轉(zhuǎn)到什么位置時線圈中電流最大線圈中電流最大? 4、大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線，從、大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線，從E經(jīng)過經(jīng)過負(fù)載流向負(fù)載流向F的電流記為正，反之為負(fù)。在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)的電流記為正，反之為負(fù)。在橫坐標(biāo)上標(biāo)出線圈到達(dá)甲、乙、丙、丁幾個位置時對應(yīng)的時刻。甲、乙、丙、丁幾個位置時對應(yīng)的時刻。6BS最大最大 E=0=0I=0=0中性面中性面垂直磁場方向的平面叫做垂直磁場方向的平面叫做中性面。中性面。線圈經(jīng)過線圈經(jīng)過中性面中性面時，時，最大最大，但線圈，但線圈中的中的電動勢為零電動勢為零/ A(B)D(C)過程分析過程分析將立體圖轉(zhuǎn)化為平面將立

4、體圖轉(zhuǎn)化為平面圖圖t=0=07BS=0 0E E最大最大 I I最大最大感應(yīng)電流方向感應(yīng)電流方向B到到A線圈與磁場平行時，線圈與磁場平行時，最小最小，但線，但線圈中的圈中的電動勢最大電動勢最大 (VB)A(B)D(C)t最大最大8D(C)A(B)BBS最大最大E=0 I=0中性面中性面BS=0E、I最大最大感應(yīng)電流方向感應(yīng)電流方向C到到D/ VBD(C)A(B)B9線圈平面與磁感線垂直的位置線圈平面與磁感線垂直的位置（1 1）線圈經(jīng)過）線圈經(jīng)過中性面中性面時，穿過線圈的時，穿過線圈的磁通量磁通量最大最大，但磁通量的變化率為零，線圈中的，但磁通量的變化率為零，線圈中的電動電動勢為零勢為零（3 3

5、）線圈經(jīng)過中性面時，電流將改變方向，）線圈經(jīng)過中性面時，電流將改變方向，線圈轉(zhuǎn)動線圈轉(zhuǎn)動一周一周，兩次兩次經(jīng)過中性面，電流方向改經(jīng)過中性面，電流方向改變變兩次兩次（2）線圈經(jīng)過垂直中性面時，穿過線圈的線圈經(jīng)過垂直中性面時，穿過線圈的磁磁通量為零通量為零，但磁通量的變化率最大，線圈中的，但磁通量的變化率最大，線圈中的電動勢為最大。電動勢為最大。中性面中性面10 矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是正確的是()A當(dāng)線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大當(dāng)線框位于中性面時，線框中感

6、應(yīng)電動勢最大B當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動 勢也為零勢也為零C每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流方向就改變一次方向就改變一次D線框經(jīng)過中性面時，各邊不切割磁感線線框經(jīng)過中性面時，各邊不切割磁感線例例1CD11變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1.如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個實驗，正確的說法是關(guān)于這個實驗，正確的說法是( )A線圈每轉(zhuǎn)動一周，指針左右擺動兩次線圈每轉(zhuǎn)動一周，指針左右擺動兩次B圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流

7、C圖示位置圖示位置ab邊的感應(yīng)邊的感應(yīng)電流方向為電流方向為abD線圈平面與磁場方向線圈平面與磁場方向平行時，磁通量變化率為零平行時，磁通量變化率為零C12則有 tEemsin e e為電動勢在時刻為電動勢在時刻t t的瞬時值，的瞬時值，E Em m為電動勢的為電動勢的最大值（峰值）最大值（峰值）三、三、交變電流的變化規(guī)律交變電流的變化規(guī)律 以線圈經(jīng)過中性面開始計時，在時刻以線圈經(jīng)過中性面開始計時，在時刻t t線圈線圈中的感應(yīng)電動勢（中的感應(yīng)電動勢（abab和和cdcd邊切割磁感線邊切割磁感線,ab,ab和和cdcd為為L L1 1,bc,bc和和adad為為L L2 2）tLLNBesin21

8、NBSLNBLEm21令tvNBLesin2122Lv v131.（1）電動勢按正弦規(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： tIimsin.RIUiRumm，三、三、交變電流的變化規(guī)律交變電流的變化規(guī)律 成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場，經(jīng)中性面時開始計時14特別提醒：特別提醒：(1)瞬時值瞬時值表達(dá)式與開始計時的位置有關(guān)表達(dá)式與開始計時的位置有關(guān)若線圈從中性面開始計時，若線圈從中性面開始計時，eEmsint.若線圈從位于與中性面垂直的位置開始計若線圈從位于與中性面垂直的位置開始計時，時，eEmcost.(2)峰

9、值峰值與開始計時的位置及線圈轉(zhuǎn)動的時間與開始計時的位置及線圈轉(zhuǎn)動的時間無關(guān)，與線圈形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無無關(guān)，與線圈形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)關(guān) 15有一個正方形線圈的匝數(shù)為有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為匝，邊長為20 cm，線圈總電阻為，線圈總電阻為1 ，線圈繞，線圈繞OO軸以軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T，問：，問：(1)該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值、電流的峰值該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的峰值、電流的峰值分別是多少？分別是多少？(2)寫出感應(yīng)電動勢隨時間變寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達(dá)式

10、化的表達(dá)式(3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過60時，時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大？感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大？例例216【思路點撥思路點撥】先根據(jù)先根據(jù)EmNBS計算電動勢的最大值，再根計算電動勢的最大值，再根據(jù)計時起點確定瞬時值表達(dá)式是據(jù)計時起點確定瞬時值表達(dá)式是eEmsint還是還是eEmcost.(2)感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為 eEmcost6.28cos10t V.(3)線圈轉(zhuǎn)過線圈轉(zhuǎn)過60，感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢 eEmcos603.14 V.17【方法總結(jié)方法總結(jié)】求解交變電流瞬時值可分三步求解交變電流瞬時值可分三步(1)確定線圈從哪個位置開始計時

11、，進(jìn)而確定確定線圈從哪個位置開始計時，進(jìn)而確定表達(dá)式是正弦還是余弦形式；表達(dá)式是正弦還是余弦形式；(2)確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度及線圈匝數(shù)及線圈匝數(shù)n、磁、磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈面積、線圈面積S等；等；(3)根據(jù)根據(jù)EmnBS，求出最大值后按表達(dá)式，求出最大值后按表達(dá)式eEmsint或或eEmcost代入代入Em及及的具體的具體數(shù)值數(shù)值18變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練19解析：選解析：選C.交變電流的瞬時值表達(dá)式交變電流的瞬時值表達(dá)式eEmsint，其中，其中EmNBS，當(dāng)，當(dāng)加加倍而倍而S減半時，減半時，Em不變，故不變，故C正確正確20eoEmT/4T/42T/42T/43T/43

12、T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流電的圖像四、交流電的圖像 21et0Em-Emit0Im-Im四、交流電的圖像四、交流電的圖像 22正弦式交變電流的圖象正弦式交變電流的圖象1.對交變電流圖象的認(rèn)識對交變電流圖象的認(rèn)識如圖所示，正弦式交變電流隨時間變化情況如圖所示，正弦式交變電流隨時間變化情況可以從圖象上表示出來，圖象描述的是交變可以從圖象上表示出來，圖象描述的是交變電流的電動勢、電流、電壓隨時間變電流的電動勢、電流、電壓隨時間變化的規(guī)律，它們是正化的規(guī)律，它們是正弦曲線弦曲線 232.交變

13、電流圖象的應(yīng)用交變電流圖象的應(yīng)用從圖象中可以解讀到以下信息：從圖象中可以解讀到以下信息：(1)交變電流的最大值交變電流的最大值Im、Em、周期、周期T.(2)因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時刻于中性面的時刻(3)找出線圈平行于磁感線的時刻找出線圈平行于磁感線的時刻(4)判斷線圈中磁通量的變化情況判斷線圈中磁通量的變化情況(5)分析判斷分析判斷e、i、u隨時間的變化規(guī)律隨時間的變化規(guī)律24一矩形線圈，繞垂直于勻一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固強(qiáng)磁場并位于線圈

14、平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢勢e隨時間的變化如圖所示，隨時間的變化如圖所示，下列說法中正確的是下列說法中正確的是()At1時刻通過的磁通量為零時刻通過的磁通量為零Bt2時刻通過的磁通量的絕對值最大時刻通過的磁通量的絕對值最大Ct3時刻通過的磁通量變化率的絕對值最大時刻通過的磁通量變化率的絕對值最大D每當(dāng)每當(dāng)e變換方向時通過的磁通量的絕對值最大變換方向時通過的磁通量的絕對值最大例例325【精講精析精講精析】因電動勢按余弦規(guī)律變化，因電動勢按余弦規(guī)律變化，故初始時刻線圈處于垂直中性面的位置，故初始時刻線圈處于垂直中性面的位置，至至t1時刻恰好到達(dá)中性面，磁通量最

15、大，時刻恰好到達(dá)中性面，磁通量最大，A錯；錯；t2時刻又垂直中性面，磁通量為零，時刻又垂直中性面，磁通量為零，但其變化率最大但其變化率最大,B錯；錯；t3時刻又到達(dá)中性時刻又到達(dá)中性面，磁通量最大，但其變化率為零，面，磁通量最大，但其變化率為零，C錯；錯；e變換方向時正是其大小為零時，也恰好變換方向時正是其大小為零時，也恰好是磁通量最大時是磁通量最大時【答案答案】D26【方法總結(jié)方法總結(jié)】分析交變電流圖象時要注意分析交變電流圖象時要注意一一看看：看：看“軸軸”、看、看“線線”、看、看“斜率斜率”、看、看“點點”、看、看“截距截距”、看、看“面積面積”、看、看“拐拐點點”，并理解其物理意義一定要

16、把圖象與線，并理解其物理意義一定要把圖象與線圈在磁場中的位置對應(yīng)起來圈在磁場中的位置對應(yīng)起來二變二變：掌握：掌握“圖圖與圖與圖”“”“圖與式圖與式”和和“圖與物圖與物”之間的變通關(guān)之間的變通關(guān)系例如可借助磁通量的變化圖線與電動勢的系例如可借助磁通量的變化圖線與電動勢的變化圖線是否是互余關(guān)系來分析問題變化圖線是否是互余關(guān)系來分析問題三判三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷27變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3.一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖甲所示，則下列說穿過線圈的磁通量隨時

17、間變化的圖象如圖甲所示，則下列說法中正確的是法中正確的是()At0時刻線圈平面與中性面垂直時刻線圈平面與中性面垂直Bt0.01 s時刻時刻的變化率達(dá)最大的變化率達(dá)最大Ct0.02 s時刻感應(yīng)電動勢達(dá)到最大時刻感應(yīng)電動勢達(dá)到最大D該線圈相應(yīng)的感應(yīng)電動勢圖象如題圖乙所示該線圈相應(yīng)的感應(yīng)電動勢圖象如題圖乙所示 282930 如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.1 T，所用矩形線圈總電阻為，所用矩形線圈總電阻為R100 ，線圈的匝，線圈的匝數(shù)數(shù)n100，邊長，邊長lab0.2 m，lbc0.5 m，以角，以角速度速度100 rad/s繞繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動，試求當(dāng)軸勻速轉(zhuǎn)動，

18、試求當(dāng)線圈平面從圖示位置線圈平面從圖示位置(與中性面垂直與中性面垂直)轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90的的過程中：過程中：(1)線圈中的平均電動勢線圈中的平均電動勢(2)通過線圈某一截面的電荷量通過線圈某一截面的電荷量 例例4313233【答案答案】(1)200 V(2)1102 C34(1)(1)正弦交流電正弦交流電(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)電子計算機(jī)中的矩形脈沖電子計算機(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五、交變電流的種類五、交變電流的種類351在如圖所示的幾種電流隨時間變化的圖線中，屬于交變電流的是 ，屬于正弦交變電流的是 。tiABCDA B DA課堂練習(xí)362 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場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，并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間的變線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是確的是( )： T1時刻通過線圈的磁通量為零；時刻通過線圈的磁通量為零； T2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大；時