高中物理选修交变电流.ppt
高中物理选修交变电高中物理选修交变电流流直流电直流电(Direct Current,DC)DC)电流方向不随时间而改变电流方向不随时间而改变.交变电流交变电流(alternating current,AC)AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流.一、直流电与交流电一、直流电与交流电二、交变电流的产生二、交变电流的产生 矩形线圈矩形线圈在在匀强磁场匀强磁场中绕垂直中绕垂直于磁场的轴匀速转动于磁场的轴匀速转动.交变电流的产生交变电流的产生甲甲乙乙丙丙丁丁ABCDABCDABCDABCD为了能更方便地说明问题，我们将立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体图转化为平面图来分析ABCDADBADB中性面中性面:线圈平面与磁感线垂直的位置线圈平面与磁感线垂直的位置.特点：线圈经过中性面时，特点：线圈经过中性面时，最大最大，但线圈，但线圈中的中的电动势为电动势为0.0.ADBVV 线圈与磁场平行时线圈与磁场平行时最小最小，但线圈中的，但线圈中的电动势最大电动势最大.三三.交变电流的变化规律交变电流的变化规律 在匀强磁场在匀强磁场B B中，矩形线圈中，矩形线圈ABAB边长为边长为L L1 1，BCBC边长为边长为L L2 2，逆时针绕垂直于磁场，逆时针绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为的轴匀速转动，角速度为，从中性面，从中性面开始计时，经时间开始计时，经时间t t，线圈中的感应电动，线圈中的感应电动势是多少？势是多少？ABCDADBVVV1V2线圈转动一周，多少次经过中性面线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次电流方向改变多少次?思考与讨论思考与讨论ABCD 1.中性面中性面：垂直磁场方向的平面垂直磁场方向的平面（1）线线圈圈经经过过中中性性面面时时，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大=BS，但但/t=0最最小小，（ab和和cd边边都都不不切切割磁感线），线圈中的感应割磁感线），线圈中的感应电动势为零电动势为零（2）线线圈圈经经过过中中性性面面时时，电电流流将将改改变变方方向向，线线圈圈转转动动一一周周，两两次次经经过过中中性性面面，电电流流方方向向改改变变两两次次2.线线圈圈平平行行与与磁磁感感线线时时，=0,/t最最大大，感感应应电动势最大电动势最大。以以线线圈圈经经过过中中性性面面开开始始计计时时，切切割割边边L1，另另一一边边L2,推推导任意时刻导任意时刻t线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势令则有 e为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）NBS=NBS三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 （1）电动势按正弦规律变化（2）电流按正弦规律变化（3）电路上的电压按正弦规律变化 电流通过R时：交变电流的变化规律交变电流的变化规律 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流电的图像四、交流电的图像 正弦交变电流的变化规律正弦交变电流的变化规律（从中性面开始计时从中性面开始计时）物物 理理 量量瞬时值表达式瞬时值表达式 最最 大大 值值 表表 达达 式式电电 动动 势势电电 流流路端电压路端电压e=EmsintE Em m=n nBSBSI Im m=E=Em m/R(/R(闭合电路的总电阻为闭合电路的总电阻为R R)i=Ii=Im msintsintu=UmsintU Um m=I=Im mRR（R R 是该段电路的电阻）是该段电路的电阻）交流电的图像交流电的图像 et0Em-Emit0Im-Im(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲五、交变电流的种类五、交变电流的种类六、交流发电机六、交流发电机1、组成：、组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极 2、种类、种类 旋转电枢式发电机旋转电枢式发电机 旋转磁极式发电机旋转磁极式发电机转转动的部分叫转子，不动的部分叫定子动的部分叫转子，不动的部分叫定子、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即、其中转动的部分叫其中转动的部分叫，不动的部分叫，不动的部分叫发电机转发电机转子是由子是由、或其或其它动力机带动它动力机带动旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋转电枢式转子转子定子定子水轮机水轮机蒸汽轮机蒸汽轮机 、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做叫做线圈平面每经过中性面一次，感应线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变流方向改变 、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生产生 、交变电流：、交变电流：和和 都随时间做都随时间做 的电流叫做交变电流电压和电流随的电流叫做交变电流电压和电流随时间按时间按 变化的交流电叫正弦交流电变化的交流电叫正弦交流电 大小大小方向方向正弦规律正弦规律感应电流感应电流中性面中性面两次两次周期性变化周期性变化课堂练习课堂练习、线圈从中性面开始转动，角速度是、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈，线圈中的感应电动势的峰值是中的感应电动势的峰值是E Em m，那么在任一时刻，那么在任一时刻t t感感应电动势的瞬时值应电动势的瞬时值e e为为若线圈电若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值阻为，则感应电流的瞬时值为为 0E Em e e e e-E-Emte=e=E Em msintsinti=(Ei=(Em m/R)/R)sintsint课堂练习课堂练习一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,正确的是（）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小et0t1t2t3t4Em-EmC C1 1、知道交变电流定义（知道交变电流定义（ACAC）：）：大小和方向都随时间作周期性变化大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化的电流为直流电（的电流。方向不随时间变化的电流为直流电（DCDC）。辨析电流图。）。辨析电流图。3 3、推导和理解交变电流的变化规律：推导和理解交变电流的变化规律：（重难点）（重难点）（1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，感应电流的一次，感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电流的方向改变，感应电流的方向改变两次两次。最大最大，/t=0最小，感应电动势最小最小，感应电动势最小E=0（2）大小变化规律）大小变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：（能画出瞬时线速度分变化：（能画出瞬时线速度分解图）解图）e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值（峰值）叫电动势的最大值（峰值）i=Imsint Im=Em/R+r 叫电流的最大值（峰值）叫电流的最大值（峰值）u=Umsint Um=ImR 叫电压的最大值（峰值）叫电压的最大值（峰值）5.1交变电流交变电流 小结小结2 2、理解交变电流产生的过程：理解交变电流产生的过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。垂直垂直磁场方向的平面叫做磁场方向的平面叫做中性面。中性面。（重点）（重点）电流通过电流通过R时：时：
