高中物理 5.1交变电流课件 新人教版选修32.ppt

目标定位1 理解交变电流 直流的概念 会观察交流电的波形图 2 理解正弦式交变电流的产生 掌握交流电产生的原理 3 知道交变电流的变化规律及表示方法 第1讲交变电流 一 交变电流1 交变电流 大小和方向都随时间做的电流叫做交变电流 简称交流 ac 2 直流 不随时间变化的电流称为直流 dc 都不随时间变化的电流称为恒定电流 对直流和交变电流的区分主要是看是否变化 周期性变化 方向 和方向 大小 电流方向 二 交变电流的产生交流发电机的示意图 在匀强磁场中的线圈绕垂直于的轴转动时 产生交变电流 磁感线 匀速 想一想如图1所示 当线圈在磁场中绕oo 轴转动时 哪些边切割磁感线 线圈转到哪些位置时没有感应电流 图1 答案当线圈在磁场中绕oo 轴转动时 ab cd边切割磁感线产生感应电流 线圈转到甲和丙位置时没有感应电流 我们称之为中性面 三 交变电流的变化规律1 正弦式交变电流的瞬时值表达式当从中性面开始计时 瞬时电动势 e 瞬时电压 u 瞬时电流 i 式中em um im分别表示电动势 电压 电流的 emsin t umsin t imsin t 最大值 2 按规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流 简称 想一想正弦式交变电流的图象一定是正弦函数曲线吗 答案不一定 根据计时起点不同 也可能是余弦函数曲线 正弦 正弦式电流 3 正弦式交变电流的图象 如图2所示 图2 一 交变电流的产生及规律1 正弦式交变电流的产生如图3所示 是图1中线圈abcd在匀强磁场中绕轴oo 转动时的截面图 线圈从中性面开始转动 角速度为 经过时间t转过的角度是 t 设ab边长为l1 bc边长为l2 磁感应强度为b ab边和cd边转动时切割磁感线产生感应电动势 图3 1 在图甲中 v b eab ecd 0 e 0 所以e eab ecd bs 2 两个特殊位置 1 中性面 s b位置 线圈平面与磁场垂直的位置 此时 最大 为0 e为0 i为0 线圈经过中性面时 电流方向发生改变 线圈转一圈电流方向改变两次 2 垂直中性面位置 s b位置 此时 为0 最大 e最大 i最大 3 正弦式交变电流的峰值em nbs 4 正弦式交变电流的瞬时值表达式e emsin t u umsin t i imsin t 例1矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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 当线框经过中性面时 感应电动势或感应电流的方向就改变一次d 线框经过中性面时 各边切割磁感线的速度为零 解析线框位于中性面时 线框平面与磁感线垂直 穿过线框的磁通量最大 但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行 即不切割磁感线 所以感应电动势等于零 也即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零 感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变 线框垂直于中性面时 穿过线框的磁通量为零 但切割磁感线的两边都是垂直切割 有效切割速度最大 所以感应电动势最大 即此时穿过线框的磁通量的变化率最大 故c d选项正确 答案cd 针对训练如图4所示 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴oo 以恒定的角速度 转动 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时 则在0 这段时间内 a 线圈中的感应电流一直在减小b 线圈中的感应电流先增大后减小c 穿过线圈的磁通量一直在减小d 穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小 图4 答案ad 二 对峰值em nbs 和瞬时值e emsin t的理解1 对峰值的理解 1 转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直 当线圈平面与磁场平行时 线圈中的感应电动势达到峰值 且满足em nbs 2 决定因素 由线圈匝数n 磁感应强度b 转动角速度 和线圈面积s决定 与线圈的形状无关 与转轴的位置无关 如图5所示的几种情况中 如果n b s均相同 则感应电动势的峰值均为em nbs 图5 2 对瞬时值的理解写瞬时值时必须明确是从中性面计时 还是从与中性面垂直的位置计时 1 从中性面计时 e emsin t 2 从与中性面垂直的位置计时 e emcos t 例2如图6所示 匀强磁场磁感应强度b 0 1t 所用矩形线圈的匝数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 图6 1 感应电动势的峰值 解析由题可知 s lab lbc 0 2 0 5m2 0 1m2 感应电动势的峰值em nbs 100 0 1 0 1 100 v 100 v 314v 答案314v 2 若从线圈平面垂直磁感线时开始计时 线圈中瞬时感应电动势的表达式 解析若从线圈平面垂直磁感线时开始计时 感应电动势的瞬时值e emsin t所以e 314sin 100 t v 答案e 314sin 100 t v 3 若从线圈平面平行磁感线时开始计时 求线圈在t 时刻的感应电动势大小 解析从线圈平面平行磁感线时开始计时 感应电动势的瞬时值表达式为e emcos t 代入数据得e 314cos 100 t v 答案157v 1 如图7所示 从图象中可以解读到以下信息 图7 三 正弦式交变电流的图象 1 交变电流的峰值em im和周期t 2 因线圈在中性面时感应电动势 感应电流均为零 所以可确定线圈位于中性面的时刻 也可根据感应电动势 感应电流最大值找出线圈平行磁感线的时刻 3 判断线圈中磁通量 最小 最大的时刻及磁通量变化率最大 最小的时刻 4 分析判断e i大小和方向随时间的变化规律 2 注意 开始计时时线圈所处的位置不同 得到的i t图象也不同 如图8所示 图8 例3线圈在匀强磁场中匀速转动 产生交变电流的图象如图9所示 由图可知 图9 a 在a和c时刻线圈处于中性面位置b 在b和d时刻穿过线圈的磁通量为零c 从a时刻到d时刻线圈转过的角度为 弧度d 在a和c时刻磁通量变化率的绝对值最大 解析当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时 磁通量最大 感应电动势为零 感应电流为零 b d两时刻线圈位于中性面 当线圈平面与磁感线平行时 磁通量为零 磁通量的变化率最大 感应电动势最大 感应电流最大 a c时刻线圈平面与磁感线平行 d正确 从a时刻到d时刻线圈转过的角度为弧度 故选d 答案d 交变电流的产生及规律1 当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时 下列说法中正确的是 a 电流将改变方向b 磁场方向和线圈平面平行c 线圈的磁通量最大d 线圈产生的感应电动势最大 解析当线圈平面与中性面重合时 磁通量最大 磁通量的变化率为零 感应电动势为零 电流将改变方向 故选a c 答案ac 正弦式交变电流的图象2 一个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10甲所示 则下列说法中正确的是 图10 a t 0时刻 线圈平面与中性面垂直b t 0 01s时刻 的变化率最大c t 0 02s时刻 感应电动势达到最大d 该线圈产生的相应感应电动势的图象如图乙所示 解析由题图甲可知t 0时刻 线圈的磁通量最大 线圈处于中性面 t 0 01s时刻 磁通量为零 但变化率最大 所以a项错误 b项正确 t 0 02s时 感应电动势应为零 c d项均错误 答案b 峰值和瞬时值问题3 交流发电机工作时电动势为e emsin t 若将发电机的转速提高一倍 同时将电枢所围面积减小一半 其他条件不变 则其电动势变为 解析感应电动势的瞬时值表达式e emsin t 而em nb s 当 加倍而s减半时 em不变 故正确答案为c 答案c 4 有一10匝正方形线框 边长为20cm 线框总电阻为1 线框绕oo 轴以10 ra