人教版高二物理选修3-2交变电流

1、一、交变电流穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，的，可以是变化的，可以是周期性变化的，本节我们将研究一种十分重要的周期性变化本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流的电流正弦式交变电流正弦式交变电流 直流电:电流方向不随时间而改变若电流若电流大小、方向大小、方向都不变则是以前所说过的都不变则是以前所说过的恒定电流恒定电流（也属直流电）（也属直流电）一、交变电流的产生一、交

2、变电流的产生按下图所示进行实验演示按下图所示进行实验演示 实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次一、交变电流一、交变电流1 1交变电流交变电流：方向随时间作周期变化的电流，：方向随时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称叫做交变电流，简称交流交流 注注：可是大小和方向都周期性变；也可以是大：可是大小和方向都周期性变；也可以是大小不变，方向周期性变。小不变，方向周期性变。2 2直流电直流电:电流电流方向方向不随时间而改变不随时间而改变 若电流若电流大小、方向大小、方向都不变则是以

3、前所说过的都不变则是以前所说过的恒恒定电流定电流（也属直流电）（也属直流电） 二、交变电流的产生二、交变电流的产生 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图（P32页5.3-3）所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O1 1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？、线圈转动一周，电流方向改变多少次？2 2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？感应电动势是最大还是最小？3 3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？感应电动势是最大还是最小？ 为了

4、能更方便地说明问题，我们将立体图转化为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析为平面图来分析.BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面(甲甲) BSBS， 最大，各边不切割磁感应线，无感应电流最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面中性面E=0 , I=0E=0 , I=0，有最大值有最大值BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大BS，=0，a（b）d（c）垂直切割，）垂直切割， E最大最大,感应电流最大感应电流最大,电流电流方向方向 b a(乙乙)BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面BSBS， 最大，各边不切割磁感应线，无感应电流最大，各边不切割磁

5、感应线，无感应电流中性面中性面(丙丙)E=0 , I=0，有最大值有最大值BS，=0，垂直切割，感应电流最大BS，=0，垂直切割，垂直切割， E最大最大,感应电流最大感应电流最大,电流电流方向方向a b特点：特点：a. a. 磁通量磁通量为为0 0 b. E b. E最大，磁通量的变化率最大，磁通量的变化率/ / t t最大最大 返回（1 1）（）（甲甲）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面）（2 2）（乙）（丁）乙）（丁）最大值面（线圈垂直中性面）最大值面（线圈垂直中性面）a. a. 磁通量磁通量最大最大b. Eb. E0 0，磁通量的变化率，磁通量的变

6、化率/ / t t为零为零c. c. 当线圈转至中性面时，电流方向发生改变当线圈转至中性面时，电流方向发生改变d. d. 线圈转动一周电流方向改变两次线圈转动一周电流方向改变两次 以线圈经过中性面开始计时，在时刻以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中线圈中的感应电动势（的感应电动势（ab和和cd边切割磁感线边切割磁感线 ）tBLvesin221vtLBesin2所以2LBEm令则有 tEemsine为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值即为电动势的最大值即峰值峰值=B S三、交变电流的变化规律三、交变电流的变化规律Em NBS（多砸）（多砸） 设线圈平面从中性

7、面开设线圈平面从中性面开始转动，角速度是始转动，角速度是经经过时间过时间t t，线圈转过的角，线圈转过的角度是度是tt，cdcd边的线速度边的线速度v v的方向跟磁感线方向间的的方向跟磁感线方向间的夹角也等于夹角也等于ttabab、cdcd宽宽L L1 1，adad、bcbc长长L L2 2 ，磁磁感应强度是感应强度是B.B.cdcd边中的感应电动势就是边中的感应电动势就是ab ab 边中的感应电动势跟边中的感应电动势跟cdcd边中的大小相同，边中的大小相同，而且两边又是串联的而且两边又是串联的所以，这一瞬间整个线圈感应电动势所以，这一瞬间整个线圈感应电动势 t BL1L2tL2BL1BL1V

8、 ecd sin21sin2 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时时开始计时 （1 1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化tEemsin（2 2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化 tIimsin（3 3）电路上的电压按正弦规律变化电路上的电压按正弦规律变化 tUumsin 电流通过电流通过R时：时： tIimsin.RIUiRumm，小结小结2 2、交变电流的变化规律、交变电流的变化规律e=nBssint=Emsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)e=nBscost=Emcost(从从BS开始计时开始计时)i=(nBs/R)si

9、nt=Imsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)i=(nBs/R)cost=Imcost(从从从从BS开始计时开始计时)u=Umsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)u=Umcost(从从从从BS开始计时开始计时)(1)(1)感应电动势感应电动势: :(2)感应电流感应电流:(3)外电路电阻两端的电压外电路电阻两端的电压: 1.建立交流电的瞬时方程必须首先确定建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em、，同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲线，线，e=Emsint;从垂直中性面开始是余弦曲线，从垂直中性面开始是余弦曲线，e=Emcost）.2.

10、由由Em=N2BL1v=NBL1L2=NBS=Nm可可知，峰值知，峰值Em与线圈的面积有关。而与垂直于磁与线圈的面积有关。而与垂直于磁场方向的转动轴的位置无关，与线圈的形状也场方向的转动轴的位置无关，与线圈的形状也无关。无关。3.转速对交变电流的影响：由转速对交变电流的影响：由e=NBSsint可可知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应知，当转速增大时，角速度也增大，使得感应电动势随之增大，同时交变电流的变化也加快。电动势随之增大，同时交变电流的变化也加快。注意：注意：交流电的图像交流电的图像 3 3、交变电流的种类、交变电流的种类(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波

11、扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲交流发电机交流发电机发电机的基本组成发电机的基本组成?发电机的基本种类发电机的基本种类?交流发电机简介 （1）发电机的基本组成：）发电机的基本组成： 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极 （2）发电机的基本种类）发电机的基本种类 旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动） 旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分

12、叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部分叫，不动的部分叫定子定子总结：总结： 1.交变电流交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 2.交变电流的变化规律：交变电流的变化规律： 方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过中性面一次，感应电线圈平面每经过中性面一次，感应电 流的方向就改变一次；线圈转动一周，流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。感应电流的方向改变两次。 大小变化规律大小变化规律-按正弦规律变化：按正弦规律变化： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/

13、R叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最大值 1 1在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的，属于正弦交变电流的是是 。tiABCDA B DA2 2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：规律如图所示，下面说法中正确的是：t t1 1时刻通过线圈的磁通量为零；时刻通过线圈的磁通量为零；t

14、t2 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；t t3 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；每当每当e e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。为最大。 答案：答案： D3. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSint，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不变，则电动 势的变化规律将变化为：A。e=EmSin2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D. e=2EmSint 答案B、线圈从中性面开始转动，角速度是，、线圈从中性面开始转动，角速度

15、是，线圈中的感应电动势的峰值是线圈中的感应电动势的峰值是E Em m，那么在，那么在任 一 时 刻任 一 时 刻 t t 感 应 电 动 势 的 瞬 时 值感 应 电 动 势 的 瞬 时 值 e e 为为 若线圈电阻为，则感应电流的瞬时若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为值为0Em -Em t5.影响产生感应电动势大小的因素可能是影响产生感应电动势大小的因素可能是（ ）A.线圈的面积线圈的面积 B.线圈的转速线圈的转速C.磁场强弱磁场强弱 D.线圈电阻线圈电阻ABC 6. 6. 一台发电机一台发电机(N(N砸砸) )产生的按正弦规律变化的感应电动势产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为的最大

16、值为311V311V，线圈在磁场中转动的角速度是，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s100rad/s。 （1 1）写出感应电动势的瞬时值表达式。）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2 2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为总电阻为100100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在在t=1/120st=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3 3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180180度的过程中，电动势的最大值、度的过程中，电动势的最大值、

17、平均值分别是多少？平均值分别是多少？（4 4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案答案（1 1）e=311Sin100t(V)e=311Sin100t(V) （2 2）I=3.11SinI=3.11Sin（1001001/1201/120）=3.11=3.111/2=1.551/2=1.55（A A）（3 3）E E m m=311V E=N/t=2NBS/198V=311V E=N/t=2NBS/198V（4 4）/t=311/N/t=311/N（Wb/sWb/s） 7、手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？、手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪

18、一闪的呢？ 分析：分析：（1）灯泡发光需要一定的电压，只有大于该值灯泡发光需要一定的电压，只有大于该值时，才能使灯泡发光。时，才能使灯泡发光。（2）如图所示，当）如图所示，当T1tT2时间时间内，小灯泡亮了，当内，小灯泡亮了，当T2tT3时间时间内，小灯泡变暗了，在内，小灯泡变暗了，在T3tT4时时间内小灯泡又亮了。间内小灯泡又亮了。8.8.放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻R R相连，如图相连，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为所示，匀强磁场的磁感应强度为B B，与导轨平面垂，与导轨平面垂直一根长度为直一根长度为ll ( (等于平行导轨间距等于平行导轨间距)

19、)的金属棒电阻为的金属棒电阻为r r，放置在导轨上，当金属棒在放置在导轨上，当金属棒在AAAA和和BBBB之间做简谐运之间做简谐运动时，速度随时间的变化规律是动时，速度随时间的变化规律是v=vv=v0 0coscost t试求：试求： (1)(1)通过电阻通过电阻R R的电流和它两端的电压的电流和它两端的电压 (2)(2)说明通过说明通过R R的电流在什么时刻改变方向的电流在什么时刻改变方向? ?在什么在什么时刻变化率最大时刻变化率最大? ?思路分析：本题考查做简谐运动的物体切割磁感线思路分析：本题考查做简谐运动的物体切割磁感线产生的交流电产生的交流电 既然是切割磁感线的运动，根据既然是切割磁感线的运动，根据E EB Blv lv即可求得即可求得感应电动势，要注意感应电动势，要注意v v应代入瞬时值求得瞬时感应电应代入瞬时值求得瞬时感应电动势导体棒速度为零时，瞬时电动势为零，就在此动势导体棒速度为零时，瞬时电动势为零，就在此时改变速度方向，也同时改变电流方向时改变速度方向，也同时改变电流