2019_2020学年高中物理第二章1交变电流课件教科版.pptx

1、第二章交变电流,1.交变电流,1.理解交变电流、恒定电流的概念. 2.理解交变电流的产生,学会分析线圈转动一周中电流方向的变化. 3.知道交变电流的变化规律及表示方法. 4.知道交变电流的最大值、瞬时值的含义.,一、交变电流 1.恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流. 2.交变电流:大小和方向随时间作周期性变化的电流,其中电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正弦交变电流,它是一种最简单、最基本的交变电流.,某电路中电流随时间的变化图像如图所示,结合交变电流的概念想一下,这是交变电流吗?为什么? 提示:不是.因为此电流的方向不随时间变化,电流的方向不随时间变化的是直流电.,二、正弦交变

2、电流的产生和表达 1.产生:闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中就会产生正弦交变电流.,2.描述.,其中,e、u、i分别是这几个量的瞬时值,Em=NBS,从表格中的图像来看是从线圈处于中性面开始计时的. 用一块蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡,可以看到灯丝在不停地颤抖,而移去磁铁后就不再有这种现象. 想想看,是什么原因使灯丝颤抖起来的呢? 提示:家庭电路中,由于流过灯丝中的电流方向随时间作周期性变化,所以处在磁场中的灯丝受到的安培力的大小、方向都随时间作周期性变化,因而灯丝就会不停地颤抖.,探究一,探究二,探究三,两个特殊位置的对比分析,特别提醒在线圈转动过程中,磁通

3、量的变化率与感应电动势、感应电流的变化步调一致,而与磁通量的变化步调相反.,探究一,探究二,探究三,对正弦交变电流图像的理解 正弦交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来,图像描述的是交变电流和感应电动势随时间变化的规律,它们是正弦曲线,如图所示.,从图像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)判断出穿过线圈的磁通量的变化情况. (5)分析判断i、e随时间的变化规律.,探究一,探究二,探究三,探究交变电流的变化规律 1.分析导

4、体切割磁感线的程序 若线圈平面从中性面开始转动,如图所示,则经过时间t:,探究一,探究二,探究三,线圈转过的角度为t ab边的线速度跟磁感线方向的夹角:=t , 一匝线圈产生的电动势:e0=2eab=BSsin t N匝线圈产生的总电动势:e=NBSsin t,探究一,探究二,探究三,2.Em=NBS=Nm,与线圈的形状及转轴位置无关.如图所示的几种情况中,如果n、B、S均相同,则感应电动势的峰值均为Em=nBS. 3.正弦交变电流的电动势的瞬时值表达式是e=NBSsin t=Emsin t.,探究一,探究二,探究三,特别提醒(1)不仅矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时产生正弦交变

5、电流,其他形状的线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时,产生的交变电流也是正弦交变电流. (2)线圈开始的位置不同,只是正弦交变电流表达式中正弦函数的角度不同,最大值和函数形式不变. (3)正弦交变电流电动势的最大值Em=NBS由线圈的匝数N、磁感应强度B、线圈的面积S及其转动的角速度确定.,【例题1】(多选)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变电流的波形如图所示,下列说法正确的是() A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到最大值 B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到最大值 C.在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到最大值 D.在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到最大值,特点然后就可判断

6、线圈所处的位置,最后即可判断这四个时刻的特点. 解析:由题图可知,t1和t3时刻,i最大,所以这两个时刻磁通量的变化率最大,线圈处于垂直中性面的位置,穿过线圈的磁通量为0.t2和,量最大. 答案:BC 反思正弦交变电流产生过程中,熟练掌握线圈处于中性面和垂直于中性面时相关量的特点是解决这类问题的关键.,【例题2】 如图甲所示,虚线OO的左边存在着方向垂直于纸面向里的匀强磁场,右边没有磁场.单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与磁场右边界重合,线圈平面与磁场垂直.线圈沿图示方向绕OO轴以角速度匀速转动(即ab边先向纸外、cd边先向纸里转动),规定沿abcda方向为感应电流的正方向.若从图示位置开始计时

7、,图乙中四个图像能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是(),点拨:线圈在有界磁场中转动,可分阶段分析线圈中磁通量、磁通量变化率的变化规律,进而确定电流的变化规律.,线框在磁场外,而dc一侧线框又进入磁场产生交流电,电流方向为dcba且越来越小,以此类推,可知i-t图像正确的为B. 答案:B 反思在交变电流的图像问题中,应结合交变电流的产生过程,运用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行分析,中性面位置和与中性面垂直的位置往往是解决问题的关键,对这两个位置进行仔细分析,可达到事半功倍的效果.,【例题3】有一个10匝的正方形线框,边长为20 cm,线框总电阻为1 ,线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动,如图所示,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T.问: (1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少? (2)线框从图示位置转过60时,感应电动势的平均值是多大? (3)写出从图示位置开始计时时,感应电动势随时间变化的表达式. 点拨:本题考查了电动势瞬时值、平均值的求法.求电动势平均值时,必须由法拉第电磁感应定律求解.,解析:(1)交变电流电动势最大值为 Em=NBS=100.50.2210 V=6.28 V.,(3)由于线框转动是从中性面开始计时的,所以瞬时值表达式为e=Emsin t=6.28sin 10t V. 答案:(1)6.