5.1 交变电流.ppt

5.1交变电流,教学目标（一）知识与技能1使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。2掌握交变电流的变化规律及表示方法。3理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。（二）过程与方法1掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。2培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。3培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。（三）情感、态度与价值观通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性教学重点、难点重点:交变电流产生的物理过程的分析。难点:交变电流的变化规律及应用。,直流电(DC)电流方向不随时间而改变,一、交变电流,按下图所示进行实验演示,交变电流(AC),交变电流(交流):大小和方向都随时间做周期性变化的电流.,交流发电机模型的原理简图,二、交变电流的产生,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,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.,(甲),BS，最大，E=0,I=0中性面,没有边切割磁感应线,BS，=0，E最大，I最大，感应电流方向b到a,(乙),a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，,(丙),BS，最大，E=0,I=0中性面,BS，=0，E最大，I最大，感应电流方向a到b,设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为,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？这时感应电动势是最大还是最小？3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？,4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。,1中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势为零（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次,三交变电流的变化规律以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）,所以,令,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）,=NBS,成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,（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：,1.建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em、，同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲线，e=Emsint；从垂直中性面开始是余弦曲线，e=Emcost）.2.由Em=N2BL1v=NBL1L2=NBS=Nm可知，峰值Em与线圈的面积有关。而与垂直于磁场方向的转动轴的位置无关，与线圈的形状也无关。3.转速对交变电流的影响：由e=NBSsint可知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应电动势随之增大，同时交变电流的变化也加快。,四、交流电的图像,五、交变电流的种类,(1)正弦交流电,(2)示波器中的锯齿波扫描电压,(3)电子计算机中的矩形脉冲,(4)激光通信中的尖脉冲,交流发电机简介,（1）发电机的基本组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）,无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子,1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。,3、交变电流的变化规律：（1）方向变化规律-线圈平面每经过中性面一次，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。,（2）大小变化规律-按正弦规律变化：e=EmsintEm=NBS叫电动势的最大值i=ImsintIm=Em/R叫电流的最大值u=UmsintUm=ImR叫电压的最大值,小结,2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,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提高一倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为：A。e=EmSin2tB.e=2EmSin2tC.e=2EmSin4tD.e=2EmSint,例题1,2.一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311V，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。（1）写出感应电动势的瞬时值表达式。（2）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100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,