高中物理必修一交流电的产生和变化课

高中物理必修一交流电的产生和变化课第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期六第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期六思考：1.在人们的生活和工农业生产中常用的是什么电流？2.这种电流与直流电相比具有哪些优点?答:交流电1).便于产生; 2).便于输送;3).可以用变压器升压和降压等.答:第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期六课 题交变流电的产生和变化规律第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期六学习目标：1.明确交变电流的概念以及与直流电的区别；2.理解交流电的产生过程;3.掌握交流电的变化规律及表示方法;4.理解交流电瞬时值e、i、u和最大值的准确含义；5.知道交流发电机的简单构造及种类.第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期六一.交流电的产生:1.思考:请同学们根据电磁感应知识,自己设计一个发电机模型?第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期六BA注意转轴与线圈平面共面、与磁场垂直第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

2.实验—观察现象：交变电流的概念：这种大小和方向都随时间做周期性的变化的电流叫交变电流，简称交流电。注意:方向随时间做周期变化是交流电的最重要的特征第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六练习1:1．下图画出了6种电流随时间变化的图象，这6个图中的电流i都随时间做周期性变化，其中属于交变电流的是：——————A、C、E第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六二.交流电的产生过程分析:

1.线圈转动一周的过程中哪些边切割磁感线?2.线圈转动一周的过程中电流方向的变化?3.线圈转至什么位置电动势最大?什么位置电动势最小?问题探究：第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六将立体图→平面图第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

学习的方法：对交变电流的产生过程,要注意理解两个特殊位置的不同特点1).线圈处于中性面时：①S⊥B，磁通量最大②磁通量的变化率为零,电动势和电流最小③电流方向发生改变.2）线圈与中性面垂直①S//B,磁通量为零第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期六②磁通量的变化率为最大,电动势和电流最大③电流方向不发生改变.线圈每转动一周上述两种情形总是交替发生变化，产生了交变电流。练习2:第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期六矩形线框垂直于匀强磁场且位于线框平面的轴匀速转动时产生交变电流，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，线框中感应电动势为零C．每当线框掠过中性面时，感应电动势和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有效速度为零CD第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

三.交变电流的变化规律

猜想：线圈转动过程中电流变化是什么规律？实验演示：从示波器上观察照明电路交流电压的波形分析推导： 线圈转动过程中的感应电动势的瞬时表达式：第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期六设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω．经过时间t，线圈转过的角度是ωt，cd边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt．ab、cd宽L1，ad、磁感应强度是B.bc长L2，第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期六tBL1L2tL2BL1BL1V⊥

ecdwwwwsin21sin2===cd边中的感应电动势为：ab边中的感应电动势跟cd边中的大小相同，而且两边又是串联的；所以，这一瞬间整个线圈感应电动势:e=BL1L2ωsinωt=BSωsinωt第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为R，则电路的感应电流的瞬时值为表达式

令感应电动势最大值Em，则： Em＝BSω．

若线圈的匝数为n,感应电动势最大值:Em=nBSω=nΦmω电动势的瞬时表达式: e=Emsinωt第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

t= ImsinωtREmRiwesin==当交变电流通过某电阻R，根据欧姆定律，U=IR,电阻两端电压也按正弦规律变化：u=Umsinωt．总结：线圈在匀强磁场中匀速转动的过程中，其感应电动第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六势和感应电流均按正弦规律变化，这种交变电流叫正弦式电流拓展：1.若从线圈平面与磁感线平行时开始计时,则公式又怎样？2.最大电动势与转轴的位置和线圈的形状无关.第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

交流电的图像:拓展穿过线圈的磁通量随时间变化的图像是什么?第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间变化的规律是各种各样的．图中表示出几种交变电流的波形．第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期六四.书本探源交流发电机

1.发电机的基本组成?

2.发电机的基本种类?第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期六⑴发电机的基本组成①.电枢:用来产生感应电动势的线圈②.磁极;产生磁场⑵.发电机的种类①.旋转电枢式(磁极不动)②.旋转磁极式(电枢不动)第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期六无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期六1.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt ，如果转子的转速n提高1倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（）A、e=Emsinωt B、e=2Emsinωt

C、e=2Emsin2ωtD、e=2Emsin4ωt

练习3C第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期六

Φ2.一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，通过线圈中的磁通量随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）A、ｔ1时刻线圈中的感应电流为零B、ｔ2时刻线圈的感应电流最大C、ｔ3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D、当电流变化方向时，通过线圈的磁通量的绝对值最大

CD第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期六3.匀强磁场的磁感强度B=0.1T.矩形线圈的匝数N=100，边长Lab=0.5m，Lbc=0.20m，绕OO/轴匀速转动，转动周期为0.1s,在线圈平面通过中性面时开始计时，试求：（1）交变电动势的最大值————；电动势瞬时表达式；（2）线圈中性面开始转过1800的过程中，交变电动势的平均值；(3)在t=1/80s时,穿过线圈磁通量的变化率?第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期六求解交变电动势瞬时表达式的方法:1.明确线圈的起时位置;2.计算角速度ω=2π/T；3.计算电动势的最大值Em=nBSω4.写出电动势、电流瞬时表达式.第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期六解答:(1).角速度ω=2π/T=20π(rad/s)电动势最大值:Em=nBSω=20π =62.8(v)e=62.8sin20πt(2)E=NΔΦ/Δt ΔΦ=2BS E=40(v)(3).由:e=62.8sin20πte=44(V) E=NΔΦ/Δt ΔΦ/Δt=0.44(wb/s) 第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期六四、小结：

1、交流电的产生强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流，俗称交流电。

2、交流电的变化规律感应电动势的瞬时表达式为e=nBsωsinωt=Emsinωt感应电流瞬时值表达式i=Imsinωt

第三十五页，共三十八页，编