人教版高二物理选修3-2交变电流.ppt

1、一、交变电流,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，本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流正弦式交变电流,直流电:电流方向不随时间而改变,若电流大小、方向都不变则是以前所说过的恒定电流（也属直流电）,一、交变电流的产生,按下图所示进行实验演示,实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次,一、交变电流 1交变电流：方向随时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称交流 注：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。 2直流电:电流方向

2、不随时间而改变 若电流大小、方向都不变则是以前所说过的恒定电流（也属直流电）,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O,1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？ 2、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？ 3、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？,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.,BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面,(甲),BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面 E=0 , I=0，

3、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， E最大,感应电流最大,电流方向 b a,(乙),BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面,BS，最大，各边不切割磁感应线，无感应电流中性面,(丙),E=0 , I=0，有最大值,BS，=0，垂直切割，感应电流最大,BS，=0，垂直切割， E最大,感应电流最大,电流方向a b,特点：a. 磁通量为0 b. E最大，磁通量的变化率/t最大,返回,（1）（甲）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面）,（2）（乙）（丁）最大值面（线圈垂直中性面）,结论：,特点:,a. 磁通量最大,b. E0

4、，磁通量的变化率/t为零,c. 当线圈转至中性面时，电流方向发生改变,d. 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t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线 ）,所以,令,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值即峰值,=B S,三、交变电流的变化规律,Em NBS（多砸）,设线圈平面从中性面开始转动，角速度是经过时间t，线圈转过的角度是t，cd边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于tab、cd宽L1，ad、bc长L2 ，磁感应强度是B.,cd边中的感应电动势就是,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

5、个线圈感应电动势,成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,（1）电动势按正弦规律变化,（2）电流按正弦规律变化,（3）电路上的电压按正弦规律变化,电流通过R时：,小结,2、交变电流的变化规律,e=nBssint=Emsint(从中性面开始计时),e=nBscost=Emcost(从BS开始计时),i=(nBs/R)sint=Imsint(从中性面开始计时),i=(nBs/R)cost=Imcost(从从BS开始计时),u=Umsint(从中性面开始计时),u=Umcost(从从BS开始计时),(1)感应电动势:,(2)感应电流:,(3)外电路电阻两端的电压:,1.建立交流电的瞬时方程必

6、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线，e=Emsint;从垂直中性面开始是余弦曲线，e=Emcost）.,2.由Em=N2BL1v=NBL1L2=NBS=Nm可知，峰值Em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，与线圈的形状也无关。,3.转速对交变电流的影响：由e=NBSsint可知，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。,注意：,交流电的图像,3、交变电流的种类,(1)正弦交流电,(2)示波器中的锯齿波扫描电压,(3)电子计算机中的矩形脉冲,(4)激光通信中的尖脉冲,交流发电机,发电机的基本组成? 发电机的基本种

7、类?,交流发电机简介,（1）发电机的基本组成： 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极 （2）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，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子,总结： 1.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： 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。,大小变化规律-按正弦规律变化： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值 u=Umsint Um=

8、ImR叫电压的最大值,1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 。,A,B,C,D,A B D,A,三 例题,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随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是：,t1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； t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大； 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。,答案： D,3. 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。

9、e=EmSin2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D. e=2EmSint,例题3,、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为,e= Emsint,i= Em/(Rsint),5.影响产生感应电动势大小的因素可能是（ ） A.线圈的面积 B.线圈的转速 C.磁场强弱 D.线圈电阻,ABC,6. 一台发电机(N砸)产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻

10、的负载组成闭合电路，电路的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？,（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、 平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100t(V) （2）I=3.11Sin（1001/120）=3.111/2=1.55（A）,（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V （4）/t=311/N（Wb/s）,7、手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？,分析：（1）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。,（2）如图所示，当T

11、1tT2时间内，小灯泡亮了，当T2tT3时间内，小灯泡变暗了，在T3tT4时间内小灯泡又亮了。,8.放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻R相连，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，与导轨平面垂直一根长度为l (等于平行导轨间距)的金属棒电阻为r，放置在导轨上，当金属棒在AA和BB之间做简谐运动时，速度随时间的变化规律是v=v0cost,试求： (1)通过电阻R的电流和它两端的电压 (2)说明通过R的电流在什么时刻改变方向?在什么时刻变化率最大?,思路分析：本题考查做简谐运动的物体切割磁感线产生的交流电 既然是切割磁感线的运动，根据EBlv即可求得感应电动势，要注意v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，就在此时改变速度方向，也同时改变电流方向,解析:(1)因为导体棒做简谐运动，必定在AA和BB中间的OO速度最大，此时刻便是v=v0cost的计时起点,导体棒产生的感应电动势,通过电阻R的电流,R两端的电压,(2)导体运动方向发生变化，即导体棒在AA、BB位置时电流的方向发生变化，此时刻导