高中物理 第5章 第1讲 交变电流课件 新人教版选修32.ppt

第五章交变电流 第一讲交变电流 目标定位 交变电流 预习导学 一 交变电流 周期性变化 大小和方向 方向 电流方向 二 交变电流的产生 磁感线 匀速 想一想如图所示 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 答案当线圈在磁场中绕oo 轴转动时 ab cd边切割磁感线产生的感应电流 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 emsin t umsin t imsin t 最大值 正弦 正弦式电流 想一想正弦式交变电流的图象一定是正弦曲线吗 正弦 或余弦 答案不一定 根据计时起点不同 也可能是余弦函数曲线 交变电流 课堂讲义 一 交变电流的产生及规律 1 正弦式交流电的产生 如图所示 是图中线圈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 1 在图甲中 v b eab ecd 0 e 0 4 若线圈有n匝则e nbs sin t 交变电流 课堂讲义 2 两个特殊位置 1 中性面位置 s b位置 线圈平面与礠场垂直的位置 此时e为0 i为0 最大 为0 线圈每经过中性面 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e最大 i最大 为0 为最大 3 正弦式交流电的峰值 4 正弦式交流电的瞬时值表达式 e emsin t u umsin t i imsin t em nbs 交变电流 课堂讲义 例1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 各边切割磁感线的速度为零 交变电流 课堂讲义 a d正确 交变电流 课堂讲义 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 与轴的位置无关 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 2 对瞬时值表达式的理解 写瞬时值表达式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 从与中性面垂直位置计时 e emcos t 交变电流 课堂讲义 例2如图所示 匀强磁场b 0 1t 所用矩形线圈的匝数n 100 边长ab 0 2m bc 0 5m 以角速度 100 rad s绕oo 轴匀速转动 试求 1 交变电动势的峰值 2 线圈中瞬时感应电动势表达式 3 若线圈平面平行磁感线时开始计时 求线圈在t t 6时刻的电动势大小 s lab lbc 0 1m2 em nbs 100 314 v e emsin t 314sin 100 t v e emcos t 314cos 100 t v 交变电流 课堂讲义 三 正弦交变电流的图象 1 如右图所示 从图象中可以解读到以下信息 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 磁通量最大 所以可确定线圈位于中性面的时刻 也可根据电流最大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 最小时刻 4 分析判断i e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 分析有关图象时 要注意从图象中找出两个特殊位置对应的时刻 如右图所示 交变电流 课堂讲义 例3线圈在匀强磁场中匀速转动 产生交流电的图象如图所示 由图可知 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 在a时刻到d时刻线圈转过的角度为 弧度d 在a和c时刻磁通量变化率绝对值最大 中性面时 磁通量最大 感应电动势为零 感应电流为零 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 答案d 交变电流 课堂讲义 图甲 ad和bc切割磁感线 针对训练2如图甲所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并绕过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时 如图乙 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则下图中正确的是 初始位置 由楞次定律可知电流的方向为a d c b a 是负值 当再转过 4时 处在中性面位置 感应电流为零 交变电流 对点练习 感应电动势为零 磁通量最大 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 磁通量的变化率为零 电流将改变方向 磁场与线圈垂直 交变电流 对点练习 正弦交变电流的图象 2 一只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 的变化率最大c t 0 02s时刻 交变电动势达到最大d 该线圈产生的相应交变电动势的图象如图乙所示 磁通量最大处于中性面 磁通量为零变化率最大 磁通量最大处于中性面变化率为零电动势为零 d项错误 交变电流 对点练习 em nb s 峰值和瞬时值问题 当 加倍而s减半时 em不变 交变电流 对点练习 峰值和瞬时值问题 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 rad s的角速度匀