物理第5章第1節(jié)《交變電流》人教版選修.ppt

1、第1節(jié)交變電流,交變電流,電氣時(shí)代的到來(lái) 法拉第于1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，工程技術(shù)專(zhuān)家敏銳地意識(shí)到電力對(duì)人類(lèi)生活的意義，紛紛投身于電力開(kāi)發(fā)、傳輸和利用方面的研究 1832年，法國(guó)發(fā)明家皮克西制成第一臺(tái)手搖發(fā)電機(jī)；1867年，德國(guó)工程師西門(mén)子制造了第一臺(tái)自饋式發(fā)電機(jī)，大大提高了發(fā)電的效率 世界上第一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)則是在1834年由美國(guó)工程師達(dá)文波特在美國(guó)物理學(xué)家約瑟夫亨利的支持下制造的從此，電力開(kāi)始成為取代蒸汽動(dòng)力的新能源,電燈、電報(bào)、電話、電車(chē)、電焊、電影放映機(jī)等的相繼問(wèn)世，使電力的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，人們對(duì)電力的需求因此也不斷增長(zhǎng).1882年，法國(guó)物理學(xué)家德普雷發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離送電的方法；

2、同年，美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生建立的第一個(gè)火力發(fā)電站開(kāi)始運(yùn)行 到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，世界進(jìn)入了電氣時(shí)代,1_大小和方向_都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流；_不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為直流 2正弦式交變電流的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律為_(kāi)，式中_叫做電動(dòng)勢(shì)的峰值,1大小和方向方向 2eEmsin tEm,一、交變電流的產(chǎn)生 1交變電流的定義 大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫交變電流 2交變電流的產(chǎn)生過(guò)程分析： 如右圖所示為線圈abcd在磁場(chǎng) 中繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截面圖， ab和cd兩個(gè)邊切割磁感線， 產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，線圈上就有了 電流(或者說(shuō)穿過(guò)線圈的磁通 量發(fā)生變化而產(chǎn)生了感應(yīng)電流),具體分析如下圖

3、所示，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到圖位置時(shí)，導(dǎo)體不切割磁感線，線圈中無(wú)電流；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到圖位置時(shí)，導(dǎo)體垂直切割磁感線，線圈中有電流，且電流從a端流入；線圈在圖位置同線圈在圖位置；線圈在圖位置時(shí)，電流從a端流出，這說(shuō)明電流方向發(fā)生了改變；線圈在圖位置同在圖位置線圈這樣轉(zhuǎn)動(dòng)下去，就在線圈中產(chǎn)生了交變電流,注意：(1)線圈每轉(zhuǎn)一周，電流方向改變兩次，電流方向改變的時(shí)刻也就是線圈中無(wú)電流的時(shí)刻(或者說(shuō)磁通量最大的時(shí)刻)由于線圈轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，線圈的磁通量有兩次達(dá)到最大，故電流的方向在線圈轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中改變兩次，我們把線圈平面垂直于磁感線時(shí)的位置叫做中性面 (2)線圈垂直中性面時(shí)，雖然磁通量等于零，但是磁通量的變化率卻

4、最大，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，感應(yīng)電流最大,一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈通過(guò)中性面時(shí)() A線圈平面與磁感線方向垂直 B通過(guò)線圈的磁通量達(dá)到最大值 C通過(guò)線圈的磁通量變化率達(dá)到最大值 D線圈中的電動(dòng)勢(shì)為零 解析：由中性面的特點(diǎn)可知A、B、D正確 答案：ABD,變式遷移,1下圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交流電(),解析：由正弦交流電的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對(duì)線圈的形狀沒(méi)有特別要求 答案：BCD,二、交變電流的變化規(guī)律 1交變電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式 如右圖所示，當(dāng)線圈abcd經(jīng)過(guò)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，ab和cd邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)均為BLvsin t，則此時(shí)整個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)為 e2BLvsin t

5、. 或?qū)憺閑Emsin t 由eEmsin t知，線 圈中的交變電流按正弦函 數(shù)規(guī)律變化，這種交變電 流叫正弦交流電,注意：(1)式的表示形式僅限于自中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)的情況 (2)在軸與磁場(chǎng)垂直的前提下，交變電流的表達(dá)式與軸的位置無(wú)關(guān) (3)若線圈給外電阻R供電，設(shè)線圈本身電阻為r，由閉合電路歐姆定律得 i sin t，可寫(xiě)為iImsin t. R兩端電壓可記為：uUmsin t.,2正弦交流電的圖象 正弦交變電流隨時(shí)間的 變化情況可以從圖象上表示 出來(lái)，圖象描述的是交變電 流隨時(shí)間變化的規(guī)律，它是 一條正弦曲線，如右圖所示 從圖中我們可以找出正弦交 變電流的最大值Im、周期T， 也可以根據(jù)線圈

6、在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為零、感應(yīng)電流i為零、線圈中的磁通量最大的特點(diǎn)，找出線圈旋轉(zhuǎn)到中性面的時(shí)刻；線圈中磁通量最大的時(shí)刻是零時(shí)刻、t2時(shí)刻和t4時(shí)刻也可以根據(jù)線圈旋轉(zhuǎn)至平行磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大、線圈中感應(yīng)電流最大和磁通量為零的特點(diǎn)，找出線圈平行磁感線的時(shí)刻；線圈中磁通量為零是在t1時(shí)刻和t3時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大和感應(yīng)電流最大的時(shí)刻是t1時(shí)刻和t3時(shí)刻,3交變電流的峰值 (1)交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大值叫做交變電流的峰值以此可以表示交變電流的強(qiáng)弱或電壓的高低 (2)意義：磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)線圈與中性面垂直時(shí)交變電流的瞬時(shí)值對(duì)單匝線圈而言，其電壓的峰值可表示為,一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化

7、的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311 V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100 rad/s. (1)寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式； (2)若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路中的總電阻為100 ，試寫(xiě)出通過(guò)負(fù)載的電流的瞬時(shí)表達(dá)式在t s時(shí)的電流的瞬時(shí)值為多少？,變式遷移,2.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所產(chǎn)生的交變電流的波形如右圖所示，下列說(shuō)法中正確的是() A在t1時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量達(dá)到峰值 B在t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的 磁通量達(dá)到峰值 C在t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的 磁通量的變化率達(dá)到峰值 D在t4時(shí)刻穿過(guò)線圈的 磁通量的變化率達(dá)到峰值,解析：從題圖中可知，t1時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值，磁通量變化率達(dá)到峰值，而磁通量最小，線圈平面與磁感線平行，t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，磁通量變化率為零，線圈處于中性面位置，磁通量達(dá)到峰值，t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到峰值，線圈中的磁通量變化率達(dá)到峰值正確答案為B、C. 答案：BC,基礎(chǔ)鞏固,1下圖所示圖象中屬于交流電的有(),解析：圖A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交流電正確答案為A、B、C. 答案：ABC,7如圖甲所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照?qǐng)D乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t2時(shí)刻() A線圈中的電流最大 B穿過(guò)線圈的