物理选修人教新课标 交变电流课件

1、1高中物理选修3-2 1 1 交变电流交变电流21、直直流电流电流流(DC)2、交交变电变电流流(AC)一、交变电流的概念一、交变电流的概念 方向不随时间变化的电流称为直流电。电池方向不随时间变化的电流称为直流电。电池供给的电流供给的电流, ,大小和方向都不随时间变化大小和方向都不随时间变化, ,所以所以属于直流属于直流. .3发光二极管特征：1、单向导电性； 2、争相输入电流才发光实验操作：实验时开始摇动发电机的速度要慢，可以观察到两个发光二极管轮流发光的情况；转速微微加快，两个发光二极管几乎同时闪闪发光，就分不出先后了。4eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23

2、 3/2/22 2tt t 二、交变电流的产生二、交变电流的产生交变电流产生条件：线圈在磁场中绕垂交变电流产生条件：线圈在磁场中绕垂 直于磁场的轴转动直于磁场的轴转动 假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图甲至乙。考虑下面几假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图甲至乙。考虑下面几个问题。个问题。 1、图中，在线圈由甲转到乙的过程中，、图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个边中电流向哪个方向流动？方向流动？ 2、在线圈由丙转到丁的过程中，、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向动？边中电流向哪个方向动？ 3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时、当线圈转到什么位置时线

3、圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大线圈中电流最大? 4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过经过负载流向负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。6BS最大最大 E=0=0I=0=0中性面中性面垂直磁场方向的平面叫做垂直磁场方向的平面叫做中性面。中性面。线圈经过线圈经过中性面中性面时，时，最大最大，但线圈，但线圈中的中的电动势为零电动势为零/ A(B)D(C)过程分析过程分析将立体图转化为平面将立

4、体图转化为平面图图t=0=07BS=0 0E E最大最大 I I最大最大感应电流方向感应电流方向B到到A线圈与磁场平行时，线圈与磁场平行时，最小最小，但线，但线圈中的圈中的电动势最大电动势最大 (VB)A(B)D(C)t最大最大8D(C)A(B)BBS最大最大E=0 I=0中性面中性面BS=0E、I最大最大感应电流方向感应电流方向C到到D/ VBD(C)A(B)B9线圈平面与磁感线垂直的位置线圈平面与磁感线垂直的位置（1 1）线圈经过）线圈经过中性面中性面时，穿过线圈的时，穿过线圈的磁通量磁通量最大最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动电动势为零势为零（3 3

5、）线圈经过中性面时，电流将改变方向，）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动线圈转动一周一周，两次两次经过中性面，电流方向改经过中性面，电流方向改变变两次两次（2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁磁通量为零通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。电动势为最大。中性面中性面10 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平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，下列说法面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是正确的是()A当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大当线框位于中性面时，线框中感

6、应电动势最大B当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动 势也为零势也为零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方向就改变一次D线框经过中性面时，各边不切割磁感线线框经过中性面时，各边不切割磁感线例例1CD11变式训练变式训练1.如图所示为演示交变电流产生的装置图，如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是关于这个实验，正确的说法是( )A线圈每转动一周，指针左右摆动两次线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流图示位置为中性面，线圈中无感应电流

7、C图示位置图示位置ab边的感应边的感应电流方向为电流方向为abD线圈平面与磁场方向线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零平行时，磁通量变化率为零C12则有 tEemsin e e为电动势在时刻为电动势在时刻t t的瞬时值，的瞬时值，E Em m为电动势的为电动势的最大值（峰值）最大值（峰值）三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 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 t线圈线圈中的感应电动势（中的感应电动势（abab和和cdcd边切割磁感线边切割磁感线,ab,ab和和cdcd为为L L1 1,bc,bc和和adad为为L L2 2）tLLNBesin21

8、NBSLNBLEm21令tvNBLesin2122Lv v131.（1）电动势按正弦规律变化tEemsin（2）电流按正弦规律变化 tIimsin（3）电路上的电压按正弦规律变化 tUumsin 电流通过R时： tIimsin.RIUiRumm，三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时14特别提醒：特别提醒：(1)瞬时值瞬时值表达式与开始计时的位置有关表达式与开始计时的位置有关若线圈从中性面开始计时，若线圈从中性面开始计时，eEmsint.若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，时，eEmcost.(2)峰

9、值峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关关 15有一个正方形线圈的匝数为有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为匝，边长为20 cm，线圈总电阻为，线圈总电阻为1 ，线圈绕，线圈绕OO轴以轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图的角速度匀速转动，如图,匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：，问：(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？分别是多少？(2)写出感应电动势随时间变写出感应电动势随时间变化的表达式

10、化的表达式(3)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过60时，时，感应电动势的瞬时值是多大？感应电动势的瞬时值是多大？例例216【思路点拨思路点拨】先根据先根据EmNBS计算电动势的最大值，再根计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是据计时起点确定瞬时值表达式是eEmsint还是还是eEmcost.(2)感应电动势的瞬时值表达式为感应电动势的瞬时值表达式为 eEmcost6.28cos10t V.(3)线圈转过线圈转过60，感应电动势，感应电动势 eEmcos603.14 V.17【方法总结方法总结】求解交变电流瞬时值可分三步求解交变电流瞬时值可分三步(1)确定线圈从哪个位置开始计时

11、，进而确定确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表达式是正弦还是余弦形式；表达式是正弦还是余弦形式；(2)确定线圈转动的角速度确定线圈转动的角速度及线圈匝数及线圈匝数n、磁、磁感应强度感应强度B、线圈面积、线圈面积S等；等；(3)根据根据EmnBS，求出最大值后按表达式，求出最大值后按表达式eEmsint或或eEmcost代入代入Em及及的具体的具体数值数值18变式训练变式训练19解析：选解析：选C.交变电流的瞬时值表达式交变电流的瞬时值表达式eEmsint，其中，其中EmNBS，当，当加加倍而倍而S减半时，减半时，Em不变，故不变，故C正确正确20eoEmT/4T/42T/42T/43T/43

12、T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流电的图像四、交流电的图像 21et0Em-Emit0Im-Im四、交流电的图像四、交流电的图像 22正弦式交变电流的图象正弦式交变电流的图象1.对交变电流图象的认识对交变电流图象的认识如图所示，正弦式交变电流随时间变化情况如图所示，正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正化的规律，它们是正弦曲线弦曲线 232.交变

13、电流图象的应用交变电流图象的应用从图象中可以解读到以下信息：从图象中可以解读到以下信息：(1)交变电流的最大值交变电流的最大值Im、Em、周期、周期T.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电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，所以可确定线圈位流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻于中性面的时刻(3)找出线圈平行于磁感线的时刻找出线圈平行于磁感线的时刻(4)判断线圈中磁通量的变化情况判断线圈中磁通量的变化情况(5)分析判断分析判断e、i、u随时间的变化规律随时间的变化规律24一矩形线圈，绕垂直于匀一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固强磁场并位于线圈

14、平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动定轴转动，线圈中的感应电动势势e随时间的变化如图所示，随时间的变化如图所示，下列说法中正确的是下列说法中正确的是()At1时刻通过的磁通量为零时刻通过的磁通量为零Bt2时刻通过的磁通量的绝对值最大时刻通过的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大D每当每当e变换方向时通过的磁通量的绝对值最大变换方向时通过的磁通量的绝对值最大例例325【精讲精析精讲精析】因电动势按余弦规律变化，因电动势按余弦规律变化，故初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，故初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，至至t1时刻恰好到达中性面，磁通量最

15、大，时刻恰好到达中性面，磁通量最大，A错；错；t2时刻又垂直中性面，磁通量为零，时刻又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大但其变化率最大,B错；错；t3时刻又到达中性时刻又到达中性面，磁通量最大，但其变化率为零，面，磁通量最大，但其变化率为零，C错；错；e变换方向时正是其大小为零时，也恰好变换方向时正是其大小为零时，也恰好是磁通量最大时是磁通量最大时【答案答案】D26【方法总结方法总结】分析交变电流图象时要注意分析交变电流图象时要注意一一看看：看：看“轴轴”、看、看“线线”、看、看“斜率斜率”、看、看“点点”、看、看“截距截距”、看、看“面积面积”、看、看“拐拐点点”，并理解其物理意义一定要

16、把图象与线，并理解其物理意义一定要把图象与线圈在磁场中的位置对应起来圈在磁场中的位置对应起来二变二变：掌握：掌握“图图与图与图”“”“图与式图与式”和和“图与物图与物”之间的变通关之间的变通关系例如可借助磁通量的变化图线与电动势的系例如可借助磁通量的变化图线与电动势的变化图线是否是互余关系来分析问题变化图线是否是互余关系来分析问题三判三判：在此基础上进行正确的分析和判断：在此基础上进行正确的分析和判断27变式训练变式训练3.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，一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，则下列说穿过线圈的磁通量随时

17、间变化的图象如图甲所示，则下列说法中正确的是法中正确的是()At0时刻线圈平面与中性面垂直时刻线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻时刻的变化率达最大的变化率达最大Ct0.02 s时刻感应电动势达到最大时刻感应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示 282930 如图所示，匀强磁场的磁感应强度如图所示，匀强磁场的磁感应强度B0.1 T，所用矩形线圈总电阻为，所用矩形线圈总电阻为R100 ，线圈的匝，线圈的匝数数n100，边长，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角，以角速度速度100 rad/s绕绕OO轴匀速转动，试求当轴匀速转动，

18、试求当线圈平面从图示位置线圈平面从图示位置(与中性面垂直与中性面垂直)转过转过90的的过程中：过程中：(1)线圈中的平均电动势线圈中的平均电动势(2)通过线圈某一截面的电荷量通过线圈某一截面的电荷量 例例4313233【答案答案】(1)200 V(2)1102 C34(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波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五、交变电流的种类五、交变电流的种类351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 ，属于正弦交变电流的是 。tiABCDA B DA课堂练习362 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场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，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，下面说法中正化规律如图所示，下面说法中正确的是确的是( )： T1时刻通过线圈的磁通量为零；时刻通过线圈的磁通量为零； T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；时