城市总体规划(清华大学)

第1节：交变电流第1节：交变电流1手摇发电机模型手摇发电机电路结构G实验现象说明什么？手摇发电机模型手摇发电机电路结构G实验现象说明什么？2方向不随时间变化的电流称为直流电。例如电池供给的电流。大小和方向都随时间做周期性变化，这样的电流叫做交变电流。例如家庭照明电路中的电流。1、直流电流(DC)一、交变电流的概念2、交变电流(AC)方向不随时间变化的电流称为直流电。例如电池供给的电流。3下列的电流i

随时间t

变化的图象中,表示交流电的是()BCDiOtAiOtCiOtBiOtD下列的电流i随时间t变化的图象中,表示交流电的是(4二、交变电流的产生二、交变电流的产生5选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻进行研究1、过程分析选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻进行研究1、过程分析6将立体图转化为平面正视图此时线圈具有的特点线圈平面与磁场垂直，速度方向与磁场方向平行磁通量为最大磁通量的变化率为0感应电流为0感应电动势为0我们称为中性面A(B)D(C)vv将立体图转化为平面正视图此时线圈具有的特点线圈平面与磁场垂直7将立体图转化为平面正视图此时线圈具有的特点线圈平面与磁场平行，速度方向与磁场方向垂直磁通量为0磁通量的变化率最大感应电流最大感应电动势最大A(B)D(C)vv将立体图转化为平面正视图此时线圈具有的特点线圈平面与磁场平行8A(B)D(C)将立体图转化为平面正视图将立体图转化为平面正视图A(B)D(C)如图乙如图甲A(B)D(C)将立体图转化为平面正视图将立体图转化9（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零。（2）线圈垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。（3）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。2、特点小结（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化10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，各边不切割磁感线CD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11如图所示，一线圈从中性面开始绕逆时针转动，角速度为ω。AB、CD宽L1，AD、BC长L2，经过时间t，处于图示位置，此时线圈中的感应电动势多大？三、交变电流的一般变化规律

ABCD如图所示，一线圈从中性面开始绕逆时针转动，12BvA(B)D(C)t=0θv‖v⊥中性面AB边中的感应电动势：线圈中的感应电动势：三、交变电流的一般变化规律

e1=BL1vsinθ

=BL1ωsinωtL22e

=2BL1ωsinωt=

BSωsinωtL22ABCDBvA(B)D(C)t=0θv‖v⊥中性面AB边中的感13当线圈匝数为N时（1）电动势按正弦规律变化：e=Emsinωt转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时e

=NBL1L2ωsinωt=

NBSωsinωt令Em=NBSL1L2则有e=Emsinωt1、交变电流的变化规律2、成立条件（2）电流按正弦规律变化：i=Imsinωt当线圈匝数为N时（1）电动势按正弦规律变化：e=Em14e为电动势在时刻

t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e＝Emcosωt峰值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，与转轴的位置无关e=Emsinωte为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值15eOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt四、交流电的图象作图时规定感应电动势正方向为abcdaEm=nBSωe

=EmsinωtEm─EmabcdabcdabcdKLabcdabcdKLKLKLKLeOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt四、交16iOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt作图时规定感应电流正方向为dcbadIm=nBSω/(R

+

r)i

=ImsinωtIm─ImabcdabcdabcdKLabcdabcdKLKLKLKL四、交流电的图象iOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt作图时17eOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωttEm─EmiOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωttIm─Im电路中的电动势和电流关系eOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωttEm─18例2.一矩形线圈，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e随时间的变化如图所示，下列说法中正确的是(

)A.t1时刻通过的磁通量为零B.t2时刻通过的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大D.每当e变换方向时通过的磁通量的绝对值最大例2.一矩形线圈，绕垂直于匀19解析：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，至t1时刻恰好到达中性面，磁通量最大，A错；t2时刻又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大，B错；t3时刻又到达中性面，磁通量最大，但其变化率为零，C错；e变换方向时正是其大小为零时，也恰好是磁通量最大时。【答案】D解析：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20五、其他交变电流波形图示波器中的锯齿波扫描电压电子计算机中的矩形脉冲激光通信用的尖脉冲家庭电路中的正弦式电流五、其他交变电流波形图示波器中的锯齿波扫描电压电子计算机中的211.交变电流：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：（2）大小变化规律-------按正弦规律变化：

e=EmsinωtEm=NBSω叫电动势的最大值

i=ImsinωtIm=Em/R叫电流的最大值

u=UmsinωtUm=ImR叫电压的最大值正弦式交变电流规律（1）方向变化规律-------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，感应电流的方向改变两次。1.交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。2.22规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝sinωt电流i＝Imsinωt＝sinωt规律函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcos23D1.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ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝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。则下列四幅图中正确的是

(

)D1.如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过24城市总体规划(清华大学)252.如图甲为某小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为

B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴

OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻

R＝10Ω连接，与电阻

R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V。图乙是矩形线圈中磁通量

Φ随时间

t变化的图象。则(

)CA.电阻

R上的电动率为20WB.t＝0.02s时

R两端的电压瞬

时值为零C.R两端的电压

u随时间

t变化的规律是

u＝14.1cos100πtVD.通过

R的电流i随时间t变化的规律是

i＝1.41cos50πtA2.如图甲为某小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感26城市总体规划(清华大学)27⑸加速度的方向加速度的方向与速度改变量的方向相同。加速直线运动，加速度的方向与速度方向相同；减速直线运动与速度方向相反。师：引导学生阅读书本，知道加速度也分为平均加速度和瞬时加速度，并且加速度保持不变的运动叫匀变速运动。引导学生阅读P30页表格上所列的加速度，对其中一些数值进行分析，一定要结合物理意义及方向来巩固以上内容。（继续例举一些有趣的实用的例子加以介绍，以激发同学们学习物理的热情）对加速度a的进一步认识：

3、课堂练习1．物体的速度变化越大，则物体加速度就越大。（错。结合前面小黑板所举的例子，比较乙与丙可知此结论不对。）2．物体的速度很大时，加速度不可能为0。（错。结合小黑板所举的例子，如丁，虽然飞机速度很大，但加速度却为0）3．物体的加速度在减小，而速度可能在增加。师：对于第3题，结论是对的，同学们一时可能很难理解，举这样的例子进行类比。例如：每个人从出生的那天身高是逐渐增加的，随着年纪的增加，身高增加的幅度越来越小，但是身