物理--交变电流.ppt

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1、第5章 第一节交变电流课标课标定位定位学学习习目目标标：1.知道什么是交知道什么是交变电变电流流2理解交理解交变电变电流的流的产产生及生及变变化化规规律律3了了解解正正弦弦式式交交变变电电流流的的图图象象和和三三角角函函数数表表达达式式重重点点难难点点：1.交交变变电电流流产产生生的的物物理理过过程程的的分分析析及及中中性面的特点性面的特点2交交变变电电流流产产生生的的物物理理过过程程的的分分析析及及图图象象的的表表达达 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第一一节节交交变变电电流流课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、交一、交变电变电流流1

2、交交变变电电流流：大大小小和和方方向向都都随随时时间间做做_变变化的化的电电流，称流，称为为交交变电变电流，流，简简称交流称交流2直流：方向不随直流：方向不随时间变时间变化的化的电电流称流称为为直流直流二、交二、交变电变电流的流的产产生生1在在匀匀强强磁磁场场中中，绕绕垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的轴轴匀匀速速转转动动的的线线圈里圈里产产生的是生的是_2线线圈圈平平面面垂垂直直于于磁磁感感线线时时，线线圈圈中中的的感感应应电电流流_，这这一一位位置置叫叫_线线圈圈平平面面经经过过中中性性面面时时，_就就发发生生改改变变线线圈圈绕绕轴轴转转一一周周经经过过中中性性面面_，因因此此感感应应电电流

3、流方方向向改改变变_周期性周期性交交变电变电流流为为零零中性面中性面感感应电应电流方向流方向两次两次两次两次三、交三、交变电变电流的流的变变化化规规律律1正弦式交正弦式交变电变电流的瞬流的瞬时值时值表达式表达式i_u_e_其其中中i、u、e分分别别表表示示电电流流、电电压压、电电动动势势的的_，Im、Um、Em分分别别表表示示电电流流、电电压压、电动势电动势的的_ImsintUmsintEmsint瞬瞬时值时值最大最大值值2正弦式交正弦式交变电变电流的流的图图象：如象：如图图511所示所示图图511科目三考试 http:/ 科目3实际道路考试技巧、视频教程科目四考试 http:/ 科目四模拟考

4、试题 C1科目四仿真考试3几种不同几种不同类类型的交型的交变电变电流流实实际际应应用用中中，交交变变电电流流有有不不同同的的变变化化规规律律，常常见见的有以下几种，如的有以下几种，如图图512所示所示图图512核心要点突破核心要点突破一、两个特定位置的特点一、两个特定位置的特点图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特特别别提提醒醒：矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中匀匀速速转转动动，仅仅是是产产生生交交变变电电流流的的一一种种方方式式但但不不是是唯唯一一方方式式例例如如线线圈圈不不动动，磁磁场场按按正正弦弦规规律律变变化化也也可可以以产产生生正正弦式弦式电电流流即即时应时应用用 (即即时时

5、突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1矩矩形形线线框框绕绕垂垂直直于于匀匀强强磁磁场场且且在在线线框框平平面面的的轴轴匀匀速速转转动动时时产产生生了了交交变变电电流流，下下列列说说法法正正确确的的是是()A当当线线框框位位于于中中性性面面时时，线线框框中中感感应应电电动动势势最最大大B当当穿穿过过线线框框的的磁磁通通量量为为零零时时，线线框框中中的的感感应应电动势电动势也也为为零零C每每当当线线框框经经过过中中性性面面时时，感感应应电电动动势势或或感感应应电电流方向就改流方向就改变变一次一次D线线框框经过经过中性面中性面时时，各，各边边不切割磁感不切割磁感线线解解析析：选选CD.线线框框位位于于中中

6、性性面面时时，线线框框平平面面与与磁磁感感线线垂垂直直，穿穿过过线线框框的的磁磁通通量量最最大大，但但此此时时切切割割磁磁感感线线的的两两边边的的速速度度方方向向与与磁磁感感线线平平行行，即即不不切切割割磁磁感感线线，所所以以电电动动势势等等于于零零，此此时时穿穿过过线线框框的的磁磁通通量量的的变变化化率率等等于于零零，感感应应电电动动势势或或感感应应电电流流的的方方向向在在此此时时刻刻变变化化垂垂直直于于中中性性面面时时，穿穿过过线线框框的的磁磁通通量量为为零零，切切割割磁磁感感线线的的两两边边的的速速度度方方向向与与磁磁感感线线垂垂直直，有有效效切切割割速速度度最最大大，所所以以感感应应电

7、电动动势势最最大大，此此时时穿穿过线过线框的磁通量的框的磁通量的变变化率最大故化率最大故C、D正确正确二二、正正弦弦交交变变电电流流瞬瞬时时值值、峰峰值值表表达式的推达式的推导导1瞬瞬时时值值表表达达式式的的推推导导设设线线圈圈从从中中性性面面起起经经时时间间t转转过过角角度度，则则t，此此时时两两边边ab、cd速速度度方方向向与与磁磁感感线线方方向向的的夹夹角角分分别别为为t和和(180t)，如如图图513所所示示，它它们们产产生生的的感感应应电电动动势势同同向向相相加加，整整个个线线圈圈中的感中的感应电动势为应电动势为：图图5132峰峰值值表达式表达式由由eNBSsint可可知知，电电动动

8、势势的的峰峰值值EmNBSNm，与，与线线圈的形状及圈的形状及转轴转轴位置无关位置无关特特别别提提醒醒：(1)瞬瞬时时值值与与开开始始计计时时的的位位置置及及线线圈圈转转动动的的时间时间有关有关若若线线圈从中性面开始圈从中性面开始计时计时，eEmsint.若若线线圈圈从从位位于于与与中中性性面面垂垂直直的的位位置置开开始始计计时时，eEmcost.(2)峰峰值值与与开开始始计计时时的的位位置置及及线线圈圈转转动动的的时时间间无无关关，与与线线圈形状无关，与圈形状无关，与转轴转轴的位置无关的位置无关即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2交交流流发发电电机机在在工工作作时时电电

9、动动势势为为eEmsint，若若将将发发电电机机的的角角速速度度提提高高一一倍倍，同同时时将将线线框框所所围围面面积积减减小一半，其他条件不小一半，其他条件不变变，则则其其电动势变为电动势变为()解解析析：选选C.交交变变电电流流的的瞬瞬时时值值表表达达式式eEmsint，其其中中EmNBS，当当加加倍倍而而S减减半半时时，Em不不变变，故故C正确正确三、三、对对正弦式交正弦式交变电变电流的流的图图象的理解象的理解正正弦弦式式交交变变电电流流随随时时间间变变化化情情况况可可以以从从图图象象上上表表示示出出来来，图图象象描描述述的的是是交交变变电电流流随随时时间间变变化化的的规规律，它是一条正弦

10、曲律，它是一条正弦曲线线，如，如图图514所示所示图图514从从图图象中可以解象中可以解读读到以下信息：到以下信息：1交交变电变电流的最大流的最大值值Im、Em、周期、周期T.2因因线线圈圈在在中中性性面面时时感感应应电电动动势势、感感应应电电流流均均为为零零，磁磁通通量量最最大大，所所以以可可确确定定线线圈圈位位于于中中性性面面的的时时刻刻3找出找出线线圈平行磁感圈平行磁感线线的的时时刻刻4判断判断线线圈中磁通量的圈中磁通量的变变化情况化情况5分析判断分析判断i、e随随时间时间的的变变化化规规律律特特别别提提醒醒：用用物物理理图图象象反反映映某某些些物物理理量量的的变变化化过过程程,既既可可

11、使使该该变变化化的的整整体体特特征征一一目目了了然然，还还可可将将变变化化过过程程中中的的暂暂态态“定定格格”，从从而而对对变变化化过过程程中中的的某某一瞬一瞬态进态进行深入研究行深入研究即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3.矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中匀匀速速转转动动产产生生的的电电动动势势et图图象如象如图图515所示，所示，则则()At1、t3时时刻刻线线圈通圈通过过中性面中性面Bt2、t4时时刻刻线线圈中磁通量最大圈中磁通量最大Ct1、t3时时刻刻线线圈中磁通量圈中磁通量变变化率最大化率最大Dt2、t4时时刻刻线线圈平面与中性面垂直圈平面与中性面垂直图

12、图515解解析析：选选AD.t1、t3时时刻刻电电动动势势为为零零，线线圈圈处处在在中中性性面面位位置置，此此时时穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大，磁磁通通量量变变化化率率最最小小，A对对，C错错t2、t4时时刻刻电电动动势势最最大大，线线圈圈平平面面与与中中性性面面垂垂直直，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通量通量为为零，零，B错错，D对对 有有一一个个正正方方形形线线圈圈的的匝匝数数为为10匝匝，边边长长为为20 cm，线线圈圈总总电电阻阻为为1，线线圈圈绕绕OO轴轴以以10 rad/s的的角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图516，匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为0.5 T

13、，问问：课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一交变电流瞬时值的计算交变电流瞬时值的计算例例例例1 1图图516(1)该该线线圈圈产产生生的的交交变变电电流流电电动动势势的的峰峰值值、电电流流的的峰峰值值分分别别是多少？是多少？(2)写出感写出感应电动势应电动势随随时间变时间变化的表达式化的表达式(3)线线圈圈从从图图示示位位置置转转过过60时时，感感应应电电动动势势的的瞬瞬时时值值是多大？是多大？【思思路路点点拨拨】先先根根据据EmNBS计计算算电电动动势势的的最最大大值值，再再根根据据计计时时起起点点确确定定瞬瞬时时值值表表达达式式是是eEmsint还还是是eEmcost.【答案答案】(1)6

14、.28 V6.28 A(2)e6.28cos10t V(3)3.14 V【规规律律总总结结】确确定定交交变变电电流流的的电电动动势势瞬瞬时时值值表表达达式式时时，首首先先要要确确定定线线圈圈转转动动是是从从哪哪个个位位置置开开始始计计时时,以以便便确确定定表表达达式式是是正正弦弦式式还还是是余余弦弦式式；其其次次是是确确定定线线圈圈转转动动的的角角速速度度；再再次次是是确确定定感感应应电电动动势势的的峰峰值值EmnBS；最最后后写写瞬瞬时时值值表表达达式式eEmsint(或或eEmcost)变变式式训训练练1单单匝匝矩矩形形线线圈圈面面积积为为S，如如图图517所所示示，一一半半在在匀匀强强磁

15、磁场场中中，磁磁感感应应强强度度为为B，另另一一半半没没有有磁磁场场，当当线线圈圈绕绕OO轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动时时，求回路中感，求回路中感应电动势应电动势的瞬的瞬时值时值表达式表达式图图517 如如图图518所所示示，匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度B0.1 T，所所用用矩矩形形线线圈圈总总电电阻阻为为R100，线线圈圈的的匝匝数数n100，边边长长lab0.2 m，lbc 0.5 m，以以 角角 速速 度度 100 rad/s绕绕OO轴轴匀匀速速转转动动，试试求求当当线线圈圈平平面面从从图图示示位位置置(与与中中性性面面垂垂直直)转过转过90的的过过程中：程中：(1)

16、线线圈中的平均圈中的平均电动势电动势(2)通通过线过线圈某一截面的圈某一截面的电电荷量荷量类型二类型二交变电流平均值的计算交变电流平均值的计算例例例例2 2图图518【答案答案】(1)200 V(2)1102 C【规规律律总总结结】平平均均电电动动势势既既不不是是电电动动势势峰峰值值的的一一半半，也也不不是是历历时时一一半半时时间间的的瞬瞬时时电电动动势势，必必须须由由法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律求求解解计计算算通通过过线线圈圈某某一一截截面面的的电电荷量，必荷量，必须须根据根据电电流的平均流的平均值进值进行求解行求解 矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中匀匀速速转转动动，所所产产

17、生生的的交交变变电电流流的的图图象象如如图图519所所示示，下下列列说说法法中中正正确的是确的是()图图519类型三类型三交变电流的图象交变电流的图象例例例例3 3A在在t1时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量达到峰圈的磁通量达到峰值值B在在t2时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量达到峰圈的磁通量达到峰值值C在在t3时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量的圈的磁通量的变变化率达到峰化率达到峰值值D在在t4时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量的圈的磁通量的变变化率达到峰化率达到峰值值【思思路路点点拨拨】磁磁通通量量最最大大时时，变变化化率率为为0，电电动动势势为为0，电电流流为为0；磁磁通通量量为为0时时，变变化化率率最最大大,电电动势动势最大，最大，电电流最大流最大