【物理】51交变电流课件1（人教版选修3-2）.ppt

人教版选修人教版选修3-2第五章第五章 交变电流交变电流第一节第一节 交变电流交变电流电电流流的的分分类类直流电流：直流电流：电流的方向不随时间发生变化的电流。简称直流电流的方向不随时间发生变化的电流。简称直流例如：干电池的电流例如：干电池的电流交变电流：交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。简称交流大小和方向都随时间做周期性变化的电流。简称交流例如：生活中的用的基本上就是交流电例如：生活中的用的基本上就是交流电(恒定电流：大小和方向都不发生变化的直流电流）恒定电流：大小和方向都不发生变化的直流电流）判断以下电流和时间关系图象哪些属于直流电流，哪些属于交变电流。注意：注意：大小不变方向改变的电流也是交流大小不变方向改变的电流也是交流直流电与交流电都是电荷的定向移动形成直流电与交流电都是电荷的定向移动形成交变电流的优越性：电路性能更丰富、可用电元件更多、可以利用变压器升高交变电流的优越性：电路性能更丰富、可用电元件更多、可以利用变压器升高或降低电压、便于远距离输送，所以人们常用交流电或降低电压、便于远距离输送，所以人们常用交流电二、交变电流的产生二、交变电流的产生事例：生活中的环保手电筒事例：生活中的环保手电筒为什么会产生为什么会产生电流呢？电流呢？二、交变电流的产生二、交变电流的产生演示实验： 实验结论：实验结论：这表明，发电机产生的 电流，大小和方向在不断地变化，这是交变电流通过线圈在磁场中匀速转动产生交流电 实验现象：实验现象：把电流表和小灯泡串联起来接到模型发电机的两端，转动发电机的手柄，两个磁极之间的线圈随着转动，这时可以看到，在小灯泡一闪一闪地发光的同时，电流表的指针时而向左、时而向右地摆动产生方法：线圈在磁场中匀速转动产生交流电产生方法：线圈在磁场中匀速转动产生交流电产生原因：线圈产生原因：线圈ab、cd 两边做切割磁感线运动时产生交流电，也可以说线圈两边做切割磁感线运动时产生交流电，也可以说线圈转动时穿过线圈所围面积的磁通发生变化时产生交流电。转动时穿过线圈所围面积的磁通发生变化时产生交流电。二、交变电流的产生二、交变电流的产生1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电流是最大还是最小？3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电流是最大还是最小？4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析为平面图来分析.磁通量 电动势 E 电流 I 磁通量变 化率中性面（BS） 垂直中性面（BS）一般位置二、交变电流的产生二、交变电流的产生maxmaxE0maxIt最大t0tt产生过程分析：产生过程分析：E=0I=0EI2、中性面：在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感、中性面：在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做中性面。应电流，这样的位置叫做中性面。3、中性面的特点：、中性面的特点：（1）线圈转到中性面，穿过线圈的磁通量最大，但线圈中没有感应电流。）线圈转到中性面，穿过线圈的磁通量最大，但线圈中没有感应电流。（2）线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一）线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一 周，感应电流的方向改变两次。周，感应电流的方向改变两次。产生过程特点总结：产生过程特点总结：1 1、线圈每转动一周，电流方向改变两次。、线圈每转动一周，电流方向改变两次。4 4、线圈垂直于中性面时（即平行于磁感线时），磁通量为零，但电流最大。、线圈垂直于中性面时（即平行于磁感线时），磁通量为零，但电流最大。三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律(一一)、理论分析、理论分析交变电流数学表达式交变电流数学表达式 设线圈平面从中性面开始转设线圈平面从中性面开始转动，角速度是动，角速度是经过时间经过时间t，线圈转过的角度是线圈转过的角度是t，cd边的边的线速度线速度v的方向跟磁感线方向的方向跟磁感线方向间的夹角也等于间的夹角也等于tab、cd宽宽L1，ad、bc长长L2 ，磁感应强度磁感应强度是是B.则则cd边中的感应电动势为多少？边中的感应电动势为多少？ t BL1L2tL2BL1BL1V ecd w ww w sin21sin2ab 边中的感应电动势跟边中的感应电动势跟cd边中的大小相同，而且两边串联，边中的大小相同，而且两边串联，所以整个线圈的感应电动势所以整个线圈的感应电动势e=eab+ecd=感应电动势的大小感应电动势的大小bdcOa立体图立体图L1L2因为因为 矩形线圈面积矩形线圈面积 S=L1*L2所以所以 e=BSSint若线圈匝数为若线圈匝数为N时，则时，则e=NBSSint令令Em NBS，则e= EmSint结论：结论： 若从中性面开始计时，e=EmSint，其中Em=NBS 是电动势的最大值，与线圈的形状、转轴的位置无关， e为瞬时值。注意：注意：N 线圈匝数线圈匝数S 线圈面积线圈面积B 磁场磁感应强度磁场磁感应强度 线圈转动的角速度线圈转动的角速度感应电动势感应电动势e=NBSsint R外外SE rR=R外外+r 把线圈和电阻组成闭合电路，电路中就有感应电流，实验证明，在只含有电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交流电路。其等效电路图如右：设外电路的电阻为R外，发电机线圈的内阻为r 感应电动势的最大值感应电动势的最大值Em=NBS设路端电压为设路端电压为u u：u=iRu=iR外外i=Im sintu=Um sint交变电流的大小交变电流的大小rRtBSi外wwsin则瞬时电流：则瞬时电流：Ne=Em sint外外RrRtBSuwwsinN三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律(二二)、正弦交变电流的图像、正弦交变电流的图像abcdK L A B a b c d K L A B a bcdkLA Ba bcdkLA Ba bcdkLA B三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律（三）、示波器显示（三）、示波器显示示波器是一种常用的电子仪器，利用它能够观察电压、电流随时间变化的图象三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律（四）、几种常见的交变电流的波形（四）、几种常见的交变电流的波形四、交变发电机四、交变发电机发电机的基本组成？发电机的基本组成？发电机的基本分类？发电机的基本分类？四、交变发电机四、交变发电机 发电机的基本构成发电机的基本构成产生感应电动势的线圈（通常叫电枢）产生感应电动势的线圈（通常叫电枢）产正磁场的磁极产正磁场的磁极四、交变发电机四、交变发电机发电机的基本种类：发电机的基本种类：旋转电枢式发电机（电枢转动磁极不动）旋转电枢式发电机（电枢转动磁极不动）旋转磁极式发电机（电枢不动磁极转动）旋转磁极式发电机（电枢不动磁极转动）无论哪种发电机，转动的部分叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部分叫，不动的部分叫定子。定子。五、课堂小结五、课堂小结1、中性面及其特点：、中性面及其特点：（1）线圈位于中性面时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流。（2）线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，线圈转一周，感应电流的方向就改变两次。2、大小变化规律、大小变化规律-按正弦规律变化：按正弦规律变化： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最大值 1 1、一一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：面说法中正确的是：A.A. t t1 1时刻通过线圈的磁通量为零；时刻通过线圈的磁通量为零；B.B. t t2 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C.C. t t3 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D.D. 每当每当e e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 答案：答案： D课堂练习课堂练习2. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSint，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：A。e=EmSin2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D. e=2EmSint 答案B3.影响产生感应电动势大小的因素可能是影响产生感应电动势大小的因素可能是（ ）A.线圈的面积线圈的面积 B.线圈的转速线圈的转速C.磁场强弱磁场强弱 D.线圈电阻线圈电阻ABC 4. 4. 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为大值为311V311V，线圈在磁场中转动的角速度是，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s100rad/s。 （1 1）写出感应电动势的瞬时值表达式。）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2 2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为总电阻为100100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在在t=1/120st=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3 3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180180度的过程中，电动势的最大值、度的过程中，电动势的最大值、 平均值分别是多少？平均值分别是多少？（4 4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？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）