物理高三物理交變電流

物理課件高三物理交變電流第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，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的電流——正弦式交變電流．

第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六直流電:電流方向不隨時間而改變第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六一、交變電流的產(chǎn)生按下圖所示進行實驗演示第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六實驗現(xiàn)象：緩慢轉(zhuǎn)動線圈時，電流計指針在左右搖動，線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動一次．1．交變電流：大小和方向都隨時間作周期變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流

．2．閉合的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生交流，但這不是產(chǎn)生交流的惟一方式．第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六設(shè)正方形線圈的邊長為L，在勻強磁場B中繞垂直于磁場的對稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，ab和cd邊垂直于紙面，轉(zhuǎn)軸為O．1、線圈轉(zhuǎn)動一周，電流方向改變多少次？2、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時磁通量最大？這時感應(yīng)電動勢是最大還是最小？3、線圈轉(zhuǎn)到什么位置時磁通量最??？這時感應(yīng)電動勢是最大還是最小？看動畫回答問題：第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

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.

第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面(甲)

B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面E=0,I=0，Φ有最大值第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六B∥S，φ=0，a（b）d（c）垂直切割，感應(yīng)電流最大B∥S，φ=0，a（b）d（c）垂直切割，E最大,感應(yīng)電流最大,電流方向a—>b(乙)第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面B⊥S，φ最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無感應(yīng)電流——中性面(丙)E=0,I=0，Φ有最大值第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六B∥S，φ=0，垂直切割，感應(yīng)電流最大B∥S，φ=0，垂直切割，E最大,感應(yīng)電流最大,電流方向b—>a第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六特點：a.磁通量Φ為0b.E最大，磁通量的變化率ΔΦ/Δt最大

返回（1）（甲）（丙）中性面（線圈與磁感線垂直的平面）（2）（乙）（?。┳畲笾得妫ň€圈垂直中性面）結(jié)論：特點:a.磁通量Φ最大b.E＝0，磁通量的變化率ΔΦ/Δt為零c.當線圈轉(zhuǎn)至中性面時，電流方向發(fā)生改變d.線圈轉(zhuǎn)動一周電流方向改變兩次第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六以線圈經(jīng)過中性面開始計時，在時刻t線圈中的感應(yīng)電動勢（ab和cd邊切割磁感線）所令則有

e為電動勢在時刻t的瞬時值，Em為電動勢的最大值．=BωS二、交變電流的變化規(guī)律Em＝NBSωe=2BLvsin(wt)第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

設(shè)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω．經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，cd邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt．a(chǎn)b、cd寬L1，ad、bc長L2，磁感應(yīng)強度是B.cd邊中的感應(yīng)電動勢就是ab邊中的感應(yīng)電動勢跟cd邊中的大小相同，而且兩邊又是串聯(lián)的所以，這一瞬間整個線圈感應(yīng)電動勢

tBL1L2tL2BL1BL1V⊥

ecd

w

ww

w

sin21sin2===第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強磁場，經(jīng)中性面時開始計時．（1）電動勢按正弦規(guī)律變化（2）電流按正弦規(guī)律變化（3）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化電流通過R時：第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六2、交變電流的變化規(guī)律e=nBsωsinωt=Emsinωt(從中性面開始計時)e=nBsωcosωt=Emcosωt(從B∥S開始計時)i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(從中性面開始計時)i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt(從從B∥S開始計時)u=Umsinωt(從中性面開始計時)u=Umcosωt(從從B∥S開始計時)(1)感應(yīng)電動勢:(2)感應(yīng)電流:(3)外電路電阻兩端的電壓:第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

1.建立交流電的瞬時方程必須首先確定Em、ω，同時注意起始位置（是從中性面開始是正弦曲線，e=Emsinωt;從垂直中性面開始是余弦曲線，e=Emcosωt）.2.由Em=N·2BL1v=NBL1L2ω=NBSω=NΦmω可知，峰值Em與線圈的面積有關(guān)。而與垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)動軸的位置無關(guān)，與線圈的形狀也無關(guān)。3.轉(zhuǎn)速對交變電流的影響：由e=NBSωsinωt可知，當轉(zhuǎn)速增大時，角速度也增大，使得感應(yīng)電動勢隨之增大，同時交變電流的變化也加快。第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六交流電的圖像abcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六3、交變電流的種類(1)正弦交流電(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓(3)電子計算機中的矩形脈沖(4)激光通信中的尖脈沖第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六交流發(fā)電機

發(fā)電機的基本組成?發(fā)電機的基本種類?第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六交流發(fā)電機簡介第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六（1）發(fā)電機的基本組成：①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（叫電樞）②用來產(chǎn)生磁場的磁極（2）發(fā)電機的基本種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動）②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動）無論哪種發(fā)電機，轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六總結(jié)：1.交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流。

2.交變電流的變化規(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)電流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。大小變化規(guī)律-------按正弦規(guī)律變化：

e=EmsinωtEm=NBSω叫電動勢的最大值

i=ImsinωtIm=Em/R叫電流的最大值

u=UmsinωtUm=ImR叫電壓的最大值

第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六1．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。tiABCDABDA三例題第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六2一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)電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是：t1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；t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大；每當e變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。

答案：D第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六3.交流發(fā)電機工作時的電動勢的變化規(guī)律為e=EmSinωt，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高一倍，其它條件不變，則電動勢的變化規(guī)律將變化為：A。e=EmSin2ωtB.e=2EmSin2ωtC.e=2EmSin4ωtD.e=2EmSinωt答案B例題3第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六４、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是，線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值是Em，那么在任一時刻t感應(yīng)電動勢的瞬時值e為

．若線圈電阻為Ｒ，則感應(yīng)電流的瞬時值Ｉ為

．0Eme-Emte=Emsinωti=Em/(R·sinωt)第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六5.影響產(chǎn)生感應(yīng)電動勢大小的因素可能是（）A.線圈的面積B.線圈的轉(zhuǎn)速C.磁場強弱D.線圈電阻ABC第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

6.一臺發(fā)電機產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動勢的最大值為311V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度是100πrad/s。（1）寫出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式。（2）若該發(fā)電機只與含電阻的負載組成閉合電路，電路的總電阻為100Ω，試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式、在t=1/120s時電流強度的瞬時值為多少？（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過180度的過程中，電動勢的最大值、平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動過程中磁通量的變化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt(V)

（2）I=3.11Sin（100π×1/120）=3.11×1/2=1.55（A）（3）Em=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

7、手搖發(fā)電機轉(zhuǎn)動時，小燈泡為何一閃一閃的呢？

分析：（1）燈泡發(fā)光需要一定的電壓，只有大于該值時，才能使燈泡發(fā)光。（2）如圖所示，當T1<t<T2時間內(nèi)，小燈泡亮了，當T2<t<T3時間內(nèi)，小燈泡變暗了，在T3<t<T4時間內(nèi)小燈泡又亮了。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六8.放置在水平面上彼此平行的導(dǎo)軌與電阻R相連，如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，與導(dǎo)軌平面垂直．一根長度為l(等于平行導(dǎo)軌間距)的金屬棒電阻為r，放置在導(dǎo)軌上，當金屬棒在AA′和BB′之間做簡諧運動時，速度隨時間的變化規(guī)律是v=v0cosωt．試求：

(1)通過電阻R的電流和它兩端的電壓．

(2)說明通過R的電流在什么時刻改變方向?在什么時刻變化率最大?第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六思路分析：本題考查做簡諧運動的物體切割磁感線產(chǎn)生的交流電．既然是切割磁感線的運動，根據(jù)E＝Blv即可求得感應(yīng)電動勢，要注意v應(yīng)代入瞬時值求得瞬時感應(yīng)電動勢．導(dǎo)體棒速度為零時，瞬時電動勢為零，就在此時改變速度方向，也同時改變電流方向．解析:(1)因為導(dǎo)體棒做簡諧運動，必定在AA′和BB′中間的OO′速度最大，此時刻便是v=v0cosωt的計時起點．

導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六通過電阻R的電流R兩端的電壓

(2)導(dǎo)體運動方向發(fā)生變化，即導(dǎo)體棒在