交变电流（高中物理教学课件）完整版6

第20章交变电流公路旁、旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去……这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。电，每时每刻都在为人类作着巨大的贡献。来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？这一章我们就来学习与此相关的内容。01.交变电流图片区ti0ti0ti0ti0甲乙电流方向不随时间变化，甲图电流大小也不变丙丁电流大小方向都随时间做周期性变化甲乙丙丁一.交变电流1.直流电流(DC)：方向不随时间变化的电流称为直流电流，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定直流。例如：干电池供电的电路。2.交变电流(AC)：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。例如：家用照明电路。注意：①交变电流经过处理，能转换成直流，例如充电头充电；直流经过逆变器处理也能转换成交流。②交流比直流经济可靠，使用方便，生活中绝大部分用电都是交变电流。③交流电压的大小可以通过变压器随意转换。ti0ti0ti0ti0恒定直流ti0ti0正弦交流方波交流直流锯齿波交流尖端脉冲交流各种电流的i-t图像一.交变电流实验说明：交变电流的周期、电流的大小均与转速有关。问题:线圈中为什么会产生交流电交流发电机二.交变电流的产生观看演示动画，回答P51思考与讨。1.垂直纸面向外2.垂直纸面向里3.甲丙没有电流，乙丁电流最大。二.交变电流的产生产生原因：①磁通量始终在周期性变化②AB、CD始终在切割磁感线，v⊥始终在周期性变化分析与思考以下问题：①判断任意位置线圈中电流方向②判断什么时候电流最大，什么时候电流为零。此时的磁通量有什么特征？注意：电流为零的位置叫中性面③规定零时刻，能够大致的作出电流随时间变化的曲线中性面θ三.交变电流的变化规律中性面θ设线框面积为S，其中AB、CD长为l1，设AD、BC长为l2，线框从经过中性面开始计时，以角速度ω匀速转动，求t时刻回路中的电动势ε的值。三.交变电流的变化规律te0ti0tu0εmimum三.交变电流的变化规律1.正弦交流电：按正弦规律变化的交流电叫正(余)弦交流电。2.瞬时表达式：可以用来求瞬时值3.图像：te0ti0tu0εmimum三.交变电流的变化规律4.最大值(峰值)：5.特殊位置：甲丙两张图，v//B，不产生感应电动势，电流瞬时值为零，称为中性面(垂直面)。此时：B⊥S，Ф最大，ε＝0，ΔФ/Δt=0，线圈每经过中性面一次电流方向改变一次，一个周期改变两次。三.交变电流的变化规律4.最大值：5.特殊位置：乙丁两张图，v⊥B，感应电动势最大，电流瞬时值也最大，称为峰值面(平行面)。此时：B//S，Ф＝0，ε最大，ΔФ/Δt最大，线圈每次经过峰值面电流开始减小。问题：若峰值面计时，电动势瞬时表达式是怎样的？三.交变电流的变化规律6.Ф－t图像：中性面θtФ0Фmte0εm四.交流发电机发电厂里的交流发电机的构造比我们分析的复杂得多，但是基本组成部分也是两部分，即产生感应电动势的线圈（通常叫作电枢）和产生磁场的磁体。1.旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。2.旋转磁极式发电机：如果磁极转动，电枢不动，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。3.转子和定子：不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。四.交流发电机旋转电枢式发电机转子产生的电流，必须经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过500V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。例1.（多选）如图所示，观察电流表的指针，可以判定（）A．指针随着线圈转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次B．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，电流表的指针偏转最大C．当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，电流表的指针偏转最大D．感应电动势和感应电流是周期性变化的典型例题ACD例2.(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是(

)A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化例3.(多选)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．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，各边不切割磁感线典型例题BDCD例4.(多选)下列各图中(A、B、C选项中的虚线为转轴；D选项中O点为固定点，线圈在纸面内绕O点转动，且匀强磁场区域足够大)，线圈中能产生交流电的是（）典型例题AC例5.如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列说法正确的是(

)A．感应电动势最大值相同瞬时值不同B．感应电动势瞬时值相同最大值不同C．感应电动势最大值、瞬时值都不同D．感应电动势最大值、瞬时值都相同典型例题D注意：转轴不在中央，或者线框不是矩形，交流电表达式都一样。abdcωBSωBS思考与讨论：面积为S的单匝线框在磁感应强度为B的磁场中以角速度ω匀速转动，若从图示位置开始计时，规定abcda方向为电流正方向，画出交流电i－t图像。abdcti0例6.如图所示，一半径为r＝10cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B=5/π2，的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n＝600r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时．求(1)电动势的瞬时值表达式(2)线圈从图示位置经1/60s时的电动势的瞬时值(3)线圈从图示位置经T/6时的电动势的瞬时值(4)线圈从图示位置经60˚时的电动势的瞬时值(5)线圈从图示位置经π/2时的电动势的平均值答：e=100sin20πt(V)，50V，50V，50V，200/π，(4)可以求电量吗？需要什么条件？典型例题例7.关于交流发电机以下说法正确的是：（）A.常见的交流发电机有两种，一种是旋转电枢式一种是旋转磁极式，其中旋转磁极式交流发电机的输出电压一般超过500V。B.蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路的装置。C.电枢在不同的发电机中都称为“定子”，磁极则被称为“转子”。D.我国三峡水电站的发电机为“旋转电枢”式发电机。典型例题AB例8.（多选）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示，磁通量随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（）A．t=0.01s时线框的磁通量变化率最大B．t=0.005s时线框产生的电动势为零C．t=0.02s时线框中的电流改变方向D．线框产生的交变电动势频率为100Hz典型例题AB例10.如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（）A.从正前方看去，该线框将会逆时针转动B.若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变C.转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变D.线框转过90˚时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS典型例题C例10.一台发电机在匀速转动，如果从中性面开始计时，发电机电动势的峰值为εm=4