高中物理 人教版（新课程标准） 选修3-2第五章交变电流 第1节交变电流(共24张PPT)

(共24张PPT)
第五章交变电流
第1节交变电流
演示
用电压传感器（或电流传感器）先观察电池供给的电压（或电流）的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压（或电流）的波形。
交变电流
5.1
2、直流电流(
Direct
Current
)
——
方向不随时间变化的电流。
3、交变电流(
Alternating
Current)
——
方向随时间做周期性变化的电流。
和大小无关
1．恒定电流——电流的大小和方向都不随时间变化的电流。
手摇发电机供给的电流
G
只能向一个方向偏转
干电池供给的电流
左右交替偏转
交变电流
5.1
i
O
t
A
i
O
t
C
i
O
t
B
i
O
t
D
例1：下列的电流
i
随时间
t
变化的图象中,表示交流电的是
BCD
交变电流
5.1
做一做
1.把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端，如图所示。转动手柄，两个
磁极之间的线圈
随着转动。观察
发光二极管的发
光情况。
2.实验现象说明了什么？
交变电流
5.1
做一做
1.把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端，如图所示。转动手柄，两个
磁极之间的线圈
随着转动。观察
发光二极管的发
光情况。
2.实验现象说明了什么？
交变电流的产生
5.1
1.
发电机的基本构造
线圈：转轴垂直于磁场方向
磁极：磁极间形成匀强磁场
为什么矩形线圈在匀强磁场中
匀速转动时线圈里能产生交变电流？
交变电流的产生
5.1
2.交变电流产生示意图：
图甲、丙中线圈所在的平面称为中性面，图乙、丁中线圈所在的平面称为垂直中性面。
交变电流的产生
5.1
思考
假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图所示甲至丁。我们考虑下面几个问题。
1.图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
2.在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
3.当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？
交变电流的产生
5.1
1.图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
由B→A
A(B)
D(C)
A(B)
D(C)
交变电流的产生
5.1
2.在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
由A→B
D(C)
A(B)
B
D(C)
A(B)
B
交变电流的产生
5.1
3.当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？
线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；转到乙、丁位置时线圈中电流最大！
交变电流的产生
5.1
思考
在线圈的转动过程中，穿过线圈的磁通量、线圈中的感应电动势、感应电流有什么特点？
交变电流的产生
5.1
最大
为零
中性面:
线圈平面与磁场垂直的时所在的平面
磁场B
面积S
磁通量Φ
磁场B
速度v
感应电动势E
感应电流I
（1）
（2）
（3）线圈经过中性面，电流方向
，线圈转动一周，
次经过中性面，电流方向
⊥
∥
为零
磁通量变化率
A(B)
D(C)
中性面
B
v
v
主视图
为零
两
改变两次
改变
交变电流的产生
5.1
磁场B
面积S
磁通量Φ
磁场B
速度v
感应电动势E
感应电流I
（1）
（2）
（3）线圈经过中性面的垂面，电流方向
⊥
∥
为零
磁通量变化率
主视图
不变
中性面的垂面:
线圈平面与磁场平行的时所在的平面
最大
最大
最大
中性面的垂面
v
v
D(C)
A(B)
B
交变电流的产生
5.1
中性面
B⊥S
、B∥v
Φ最大、
=
0
E=
0
、I
=
0，方向改变
中性面的垂面
B∥S
、B⊥v
Φ
=
0
、
最大
E最大
、I
最大，方向不变
A(B)
D(C)
中性面
B
v
v
中性面的垂面
v
v
D(C)
A(B)
B
交变电流的变化规律
5.1
设线圈从中性面开始绕逆时针匀速转动，角速度是
ω。AB、CD
宽
L1，AD、BC
长
L2，线圈的面积是S，磁感应强度是B，经过时间
t，处于图示位置：
1）线圈转过的角度θ＝
2）AB边的线速度跟磁感线方向的夹角
3）AB边转动的线速度大小
v＝
4）AB边产生的感应电动势
eAB＝
5）整个线圈产生的感应电动势
e
＝
6）若线圈为N
匝，整个线圈产生的感应电动势
e
＝
B
v
A(B)
D(C)
中性面
θ
t
=
0
θ＝ωt
v‖
v⊥
θ
ωt
交变电流的变化规律
5.1
令
Em
=
NBSω
则
：
峰值（最大值）
t
时刻瞬时值
闭合电路欧姆定律：
电阻R两端的电压：
从中性面开始计时：
匝数
面积
内阻为
r
的线圈给外电阻
R
供电
R
交变电流的变化规律
5.1
若线圈从中性面的垂面开始计时，在t
时刻线圈中的感应电动势是多少？
B
v
A(B)
D(C)
中性面
ωt
t
=
0
v‖
v⊥
ωt
另一种推导方式：
说明：物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流(本质规律都相同)统称为正弦式交流电
交变电流的变化规律
5.1
求解交变电流的瞬时值答题步骤
中性面开始计时：
中性面的垂面开始计时：
注意：匀强磁场、转轴垂直于磁场、匀速转动的任意形状线圈均适用e
=
Emsin
ω
t
或
e
=
Emcosωt
交变电流的变化规律
5.1
例题:
单匝线圈边长AB为L
1
=20
cm，宽AD为L2
=
20
cm，在磁感应强度为
的匀强磁场中匀速转动，线圈转动一圈所用的时间是0.02s，当线圈转至中性面位置(图中位置)开始计时
（1）试写出电动势瞬时值的表达式？
（2）如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为R=2
Ω，写出电流瞬时值的表
达式？电路中电流的峰值为多少？
交变电流的变化规律
5.1
正弦式电流是最简单又最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如图所示。
交变电流的图像
5.1
e
O
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
t
Em
─Em
a
b
c
d
a
b
c
d
a
b
c
d
K
L
a
b
c
d
a
b
c
d
K
L
K
L
K
L
K
L
“五点”作图法
图像特殊点对应线圈的位置
Em=
nBSω
e
=
Emsinωt
交变电流的图像
5.1
例题：一只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像如图所示。则下列说法中正确的是
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01
s时刻，Φ的变化率为0
C．t＝0.02
s时刻，感应电动势达到最大
D．从t＝0.01
s时刻至t＝0.03
s时刻线圈转过的角度是
D