課件5.1交變電流

1、第五章交變電流1、交變電流教 學(xué) 目 標(biāo) （一）知識(shí)與技能1使學(xué)生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。2掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。3理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。（二）過程與方法1掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。2培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力。3培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。1、直流電流(DC)方向不隨時(shí)間變化的電流2、交變電流(AC)大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流一、交變電流的概念交變電流可以變成直流！交變電流是如何產(chǎn)生的呢？交流發(fā)電機(jī)模型二、交變電流的產(chǎn)生做一做1、線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂

2、直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)二、交變電流的產(chǎn)生2、過程分析（1）在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，那些邊會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？ab邊 cd邊（2）怎樣將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖？將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？ 丙轉(zhuǎn)到丁呢？（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。]有電流）？ 線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最大？由ab由baBS最大E=0I=0中性面垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。線圈經(jīng)過中性面時(shí)，最大，但線圈中的電動(dòng)勢(shì)為零2、過程分析(V / B)判斷此位置有沒有感應(yīng)電流，方向怎么樣？BS=0E最大I最大感應(yīng)電流方向a到b線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，最小，但線圈中的電動(dòng)勢(shì)最大(VB)判斷此位置有沒有感

3、應(yīng)電流，方向怎么樣？BS最大E=0I=0中性面BS=0E、I最大感應(yīng)電流方向b到aV / BVB（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？ 丙轉(zhuǎn)到丁呢？（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。]有電流）？ 線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最大？由ab由ba線圈轉(zhuǎn)到甲、丙位置時(shí)線圈中沒有電流； 轉(zhuǎn)到乙、丁位置時(shí)線圈中電流最大！線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，多少次經(jīng)過中性面?電流方向改變多少次?思考與討論.a(b)c(d)O 1.中性面：垂直磁場(chǎng)方向的平面（1）線圈經(jīng)過中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大=BS，但/t =0最小，（ ab和cd邊都不切割磁感線），線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零（2）線圈經(jīng)過中性面時(shí)，電流將改

4、變方向，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次2.線圈平行與磁感線時(shí)，=0,/t最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。以線圈經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，切割邊L1，另一邊L2,推導(dǎo)任意時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)令則有 e為電動(dòng)勢(shì)在時(shí)刻t的瞬時(shí)值，Em為電動(dòng)勢(shì)的最大值（峰值）NBS=NBS三、交變電流的變化規(guī)律 1、電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化2、電流按正弦規(guī)律變化 3、電壓按正弦規(guī)律變化 電流i通過R時(shí)： 成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)eoEmT/42T/43T/4T/23/22tt四、交流電的圖像 四、交流電的圖像 et0Em-Emit0Im-Im(1)正弦交流電(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓(3)電

5、子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖(4)激光通信中的尖脈沖五、交變電流的種類 、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就產(chǎn)生 、交變電流：和 都隨時(shí)間做 的電流叫做交變電流電壓和電流隨時(shí)間按變化的交流電叫正弦交流電 大小方向正弦規(guī)律正弦交流電周期性變化課堂練習(xí) 、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，這樣的位置叫做線圈平面每經(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)電流方向改變中性面兩次、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(shì)的峰值是Em，那么在任一時(shí)刻t感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e為若電路總電阻為，則感應(yīng)電流的瞬時(shí)值

6、為 e0Em -Emte=Emsinti=(Em/R)sint六、交流發(fā)電機(jī)1、組成：用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（叫電樞） 用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極 2、種類 旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分叫定子、交流發(fā)電機(jī)有兩種，即、其中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫，不動(dòng)的部分叫發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由、或其它動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式轉(zhuǎn)子定子水輪機(jī)蒸汽輪機(jī)6、一矩形線圈,繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示,下面說(shuō)法中正確的是A.t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零B.t2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C.t3時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大D.每當(dāng)e變換方向

7、時(shí)，通過線圈的磁通量絕對(duì)值最小et0t1t2t3t4Em-EmC1、知道交變電流定義（AC）：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。方向不隨時(shí)間變化的電流為直流電（DC）。辨析電流圖。3、推導(dǎo)和理解交變電流的變化規(guī)律：（重難點(diǎn)）（1）方向變化規(guī)律-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)電流的方向改變兩次。 最大，/t =0最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小E=0（2）大小變化規(guī)律-按正弦規(guī)律變化：（能畫出瞬時(shí)線速度分解圖） e=Emsint Em=NBS叫電動(dòng)勢(shì)的最大值（峰值） i=Imsint Im=Em/R+r 叫電流的最大值（峰值） u=Umsint Um=ImR 叫電

8、壓的最大值（峰值） 5.1交變電流 小結(jié)2、理解交變電流產(chǎn)生的過程：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流。能畫出四幅過程圖。 垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。 （重點(diǎn)）電流通過R時(shí)：1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 ，屬于正弦交變電流的是 。tiABCDA B DA三、課堂練習(xí)2 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，下面說(shuō)法中正確的是( )：T1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；T2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大；T3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大；每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量

9、的絕對(duì)值都為最大。 D1. 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)線圈ab邊長(zhǎng)為20cm，ad邊長(zhǎng)為10cm，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.01T，線圈的轉(zhuǎn)速n=50r/s，求：電動(dòng)勢(shì)的最大值及對(duì)應(yīng)的線圈位置。0.0628V 線圈平面與磁場(chǎng)方向平行。 2. 如圖所示：匝數(shù)為N、面積為S的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為，求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180度時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。.E平均=S2N B /練習(xí) 一臺(tái)發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為=314rad/s，試寫出電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件，總電阻為2000，電路中電流的

10、峰值是多少？寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式。e=EmsinWt=400sin314t解：電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為：電流峰值為：Im=Em/R=4002000=0.2A電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為：i=ImsinWt=2sin314t 4、 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(shì)的最大值為311V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度100rad/s。 （1）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 （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 總電阻為100，試寫出通過負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式，在t=1/120s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過180度的過程中，電動(dòng)勢(shì)的最大值、平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量的變化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V（4）/t=311/N（Wb/s）(甲) (乙)(丙)(丁