物理选修人教新标交变电流PPT课件.ppt

1 高中物理选修3 2 1交变电流 2 1 直流电流 DC 2 交变电流 AC 一 交变电流的概念 方向不随时间变化的电流称为直流电 电池供给的电流 大小和方向都不随时间变化 所以属于直流 家庭电路中的电流 大小和方向都随时间做周期性变化 这样的电流叫做交变电流 3 发光二极管特征 1 单向导电性 2 争相输入电流才发光 实验操作 实验时开始摇动发电机的速度要慢 可以观察到两个发光二极管轮流发光的情况 转速微微加快 两个发光二极管几乎同时闪闪发光 就分不出先后了 4 二 交变电流的产生 交变电流产生条件 线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴转动 交变电流产生示意图 假定线圈沿逆时针方向匀速转动 如图甲至乙 考虑下面几个问题 1 图中 在线圈由甲转到乙的过程中 AB边中电流向哪个方向流动 2 在线圈由丙转到丁的过程中 AB边中电流向哪个方向动 3 当线圈转到什么位置时线圈中没有电流 转到什么位置时线圈中电流最大 4 大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线 从E经过负载流向F的电流记为正 反之为负 在横坐标上标出线圈到达甲 乙 丙 丁几个位置时对应的时刻 6 B S 最大 E 0 I 0 中性面 垂直磁场方向的平面叫做中性面 线圈经过中性面时 最大 但线圈中的电动势为零 V B 过程分析 将立体图转化为平面图 0 7 B S 0 E最大 I最大 感应电流方向B到A 线圈与磁场平行时 最小 但线圈中的电动势最大 V B 最大 8 B S 最大 E 0 I 0 中性面 B S 0 E I最大 感应电流方向C到D V B V B 9 线圈平面与磁感线垂直的位置 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 线圈中的电动势为零 3 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 2 线圈经过垂直中性面时 穿过线圈的磁通量为零 但磁通量的变化率最大 线圈中的电动势为最大 中性面 10 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流 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 线框中的感应电动势也为零C 每当线框经过中性面时 感应电动势或感应电流方向就改变一次D 线框经过中性面时 各边不切割磁感线 CD 11 变式训练1 如图所示为演示交变电流产生的装置图 关于这个实验 正确的说法是 A 线圈每转动一周 指针左右摆动两次B 图示位置为中性面 线圈中无感应电流C 图示位置ab边的感应电流方向为a bD 线圈平面与磁场方向平行时 磁通量变化率为零 C 12 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 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 ab和cd为L1 bc和ad为L2 v 13 1 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 三 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 14 特别提醒 1 瞬时值表达式与开始计时的位置有关 若线圈从中性面开始计时 e Emsin t 若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时 e Emcos t 2 峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关 与线圈形状无关 与转轴的位置无关 15 有一个正方形线圈的匝数为10匝 边长为20cm 线圈总电阻为1 线圈绕OO 轴以10 rad s的角速度匀速转动 如图 匀强磁场的磁感应强度为0 5T 问 1 该线圈产生的交变电流电动势的峰值 电流的峰值分别是多少 2 写出感应电动势随时间变化的表达式 3 线圈从图示位置转过60 时 感应电动势的瞬时值是多大 16 思路点拨 先根据Em NBS 计算电动势的最大值 再根据计时起点确定瞬时值表达式是e Emsin t还是e Emcos t 2 感应电动势的瞬时值表达式为e Emcos t 6 28cos10 tV 3 线圈转过60 感应电动势e Emcos60 3 14V 17 方法总结 求解交变电流瞬时值可分三步 1 确定线圈从哪个位置开始计时 进而确定表达式是正弦还是余弦形式 2 确定线圈转动的角速度 及线圈匝数n 磁感应强度B 线圈面积S等 3 根据Em nBS 求出最大值后按表达式e Emsin t或e Emcos t代入Em及 的具体数值 18 变式训练 19 解析 选C 交变电流的瞬时值表达式e Emsin t 其中Em NBS 当 加倍而S减半时 Em不变 故C正确 20 四 交流电的图像 22 e t 0 Em Em i t 0 Im Im 四 交流电的图像 23 正弦式交变电流的图象1 对交变电流图象的认识如图所示 正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来 图象描述的是交变电流的电动势 电流 电压随时间变化的规律 它们是正弦曲线 24 2 交变电流图象的应用从图象中可以解读到以下信息 1 交变电流的最大值Im Em 周期T 2 因线圈在中性面时感应电动势 感应电流均为零 磁通量最大 所以可确定线圈位于中性面的时刻 3 找出线圈平行于磁感线的时刻 4 判断线圈中磁通量的变化情况 5 分析判断e i u随时间的变化规律 25 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 线圈中的感应电动势e随时间的变化如图所示 下列说法中正确的是 A t1时刻通过的磁通量为零B t2时刻通过的磁通量的绝对值最大C t3时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大D 每当e变换方向时通过的磁通量的绝对值最大 26 精讲精析 因电动势按余弦规律变化 故初始时刻线圈处于垂直中性面的位置 至t1时刻恰好到达中性面 磁通量最大 A错 t2时刻又垂直中性面 磁通量为零 但其变化率最大 B错 t3时刻又到达中性面 磁通量最大 但其变化率为零 C错 e变换方向时正是其大小为零时 也恰好是磁通量最大时 答案 D 27 方法总结 分析交变电流图象时要注意一看 看 轴 看 线 看 斜率 看 点 看 截距 看 面积 看 拐点 并理解其物理意义 一定要把图象与线圈在磁场中的位置对应起来 二变 掌握 图与图 图与式 和 图与物 之间的变通关系 例如可借助磁通量的变化图线与电动势的变化图线是否是互余关系来分析问题 三判 在此基础上进行正确的分析和判断 28 变式训练3 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法中正确的是 A t 0时刻线圈平面与中性面垂直B t 0 01s时刻 的变化率达最大C t 0 02s时刻感应电动势达到最大D 该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示 29 30 31 如图所示 匀强磁场的磁感应强度B 0 1T 所用矩形线圈总电阻为R 100 线圈的匝数n 100 边长lab 0 2m lbc 0 5m 以角速度 100 rad s绕OO 轴匀速转动 试求当线圈平面从图示位置 与中性面垂直 转过90 的过程中 1 线圈中的平均电动势 2 通过线圈某一截面的电荷量 32 33 34 答案 1 200V 2 1 10 2C 35 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 五 交变电流的种类 36 1 在如图所示的几种电流随时间变化的图线中 属于交变电流的是 属于正弦交变电流的是 A B C D ABD A 课堂练习 37 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 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 T1时刻通过线圈的磁通量为零 T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值大 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 答案 D 38 3 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 100 rad 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