高中物理必修一交流电的产生和变化课.ppt

电是现代文明的血液！,电是现代文明的血液！ 电是国民经济的命脉！ 有了电我们的生活更加美好、更加丰富多彩！,下面是关于电能在日常生活和生产中的运用的图片：,思考：,1.在人们的生活和工农业生产中常用的是什么电流？,2.这种电流与直流电相比具有哪些优点?,答:,交流电,1).便于产生; 2).便于输送; 3).可以用变压器升压和降压等.,答:,课 题,交变流电的产生和变化规律,学习目标：,1.明确交变电流的概念以及与直流电的区别； 2.理解交流电的产生过程; 3.掌握交流电的变化规律及表示方法; 4.理解交流电瞬时值e、i、u和最大值的准确含义； 5.知道交流发电机的简单构造及种类.,一.交流电的产生:,1.思考:,请同学们根据电磁感应知识, 自己设计一个发电机模型?,注意,转轴与线圈平面共面、与磁场垂直,2.实验观察,现象：,交变电流的概念：,这种大小和方向都随时间做周期性的变化的电流叫交变电流，简称交流电。,注意:,方向随时间做周期变化是交流电的最重要的特征,练习1:,1下图画出了6种电流随时间变化的图象，这6个图中的电流i都随时间做周期性变化，其中属于交变电流的是： ,A、C、E,二.交流电的产生过程分析:,1.线圈转动一周的过程中哪些边切割磁感线?,2.线圈转动一周的过程中电流方向的变化?,3.线圈转至什么位置电动势最大?什么位置电动势最小?,问题探究：,将立体图平面图,学习的方法：,对交变电流的产生过程,要注意理解两个特殊位置的不同特点,1).线圈处于中性面时：,SB，磁通量最大,磁通量的变化率为零,电动势和电流最小,电流方向发生改变.,2）线圈与中性面垂直,S/B,磁通量为零,磁通量的变化率为最大,电动势和电流最大,电流方向不发生改变.,线圈每转动一周上述两种情形总是交替发生变化，产生了交变电流。,练习2:,矩形线框垂直于匀强磁场且位于线框平面的轴匀速转动时产生交变电流，下列说法正确的是（ ）,A当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势为零 C每当线框掠过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次 D线框经过中性面时各边切割磁感线的有效速度为零,CD,三.交变电流的变化规律,猜想： 线圈转动过程中电流变化是什么规律？,实验演示：,从示波器上观察照明电路交流电压的波形,分析推导： 线圈转动过程中的感应电动势的瞬时表达式：,设线圈平面从中性面开始转动，角速度是经过时间t，线圈转过的角度是t，cd边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于tab、cd宽L1，ad、,磁感应强度是B.,bc长L2 ，,cd边中的感应电动势为：,ab边中的感应电动势跟cd边中 的大小相同，而且两边又是串联的；所以，这一瞬间整个线圈感应电动势:,e=BL1L2sint= BSsint,当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为R，则电路的感应电流的瞬时值为表达式,令感应电动势最大值Em，则： Em BS,若线圈的匝数为n,感应电动势最大值:,Em=n BS=nm,电动势的瞬时表达式:,e=Emsint,当交变电流通过某电阻R，根据欧姆定律，U=IR,电阻两端电压也按正弦规律变化：,u=Umsint,总结：,线圈在匀强磁场中匀速转动的过程中，其感应电动,势和感应电流均按正弦规律变化，这种交变电流叫正弦式电流,拓展：,1.若从线圈平面与磁感线平行时开始计时,则公式又怎样？,2.最大电动势与转轴的位置和线圈的形状无关.,交流电的图像:,拓展,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像是什么?,实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间变化的规律是各种各样的图中表示出几种交变电流的波形,四.书本探源 交流发电机,1.发电机的基本组成? 2.发电机的基本种类?,发电机的基本组成,.电枢:用来产生感应电动势的线圈,.磁极;产生磁场,.发电机的种类,.旋转电枢式(磁极不动),.旋转磁极式(电枢不动),无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子,1.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1倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（ ） A、e=Emsint B、e=2Emsint C、e=2Emsin2t D、e=2Emsin4t,练习3,C,2.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，通过线圈中的磁通量随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（ ） A、1时刻线圈中的感应电流为零 B、2时刻线圈的感应电流最大 C、3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大 D、 当电流变化方向时，通过线圈的磁通量的绝对值最大,CD,3. 匀强磁场的磁感强度B=0.1T.矩形线圈的匝数N=100，边长Lab=0.5m，Lbc=0.20m，绕OO/轴匀速转动，转动周期为0.1s,在线圈平面通过中性面时开始计时，试求： （1）交变电动势的最大值；电动势瞬时表达式； （2）线圈中性面开始转过1800的 过程中，交变电动势的平均值； (3)在t=1/80s时,穿过线圈磁通量 的变化率?,求解交变电动势瞬时表达 式的方法:,1.明确线圈的起时位置;,2.计算角速度=2/T；,3.计算电动势的最大值Em=n BS,4.写出电动势、电流瞬时表达式.,解答:,(1).角速度=2/T=20(rad/s) 电动势最大值: Em=nBS=20 =62.8(v),e=62.8sin20t,(2)E=N/t =2BS E=40(v),(3). 由:e=62.8sin20t e=44(V) E=N/t /t=0.44(wb/s),四、小结：,1、交流电的产生 强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流，俗称交流电。 2、交流电的变化规律 感应电动势的瞬时表达式为e=n