人教高中物理选修3-2-5.1交变电流 课件（19张ppt）
文档属性
| 名称 | 人教高中物理选修3-2-5.1交变电流 课件（19张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 252.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-11-10 14:29:40 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
人教高中物理
选修3-2 交变电流
主要内容
知识点一、正弦交流电的产生
知识点二、交流电的有效值
正弦交流电的产生主要有以下四种方式：
方法一:矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动. （E=BLVsinθ）
方法二:磁场按正弦规律变化
方法三：导体棒的有效长度按正正弦规律变化
方法四：导体棒的速度按正弦规律变化
四种方法中第一种方法操作性强,也是教材中推出的产生交变电流的原理方法。
四种方法中第一种方法操作性强,也是教材中推出的产生交变电流的原理方法。
在第一种方法中，中性面是指
设n匝线圈从中性面以角速度ω开始绕垂直于匀强磁场B的轴匀速转动，令ab=dc=L1，ad=bc=L2 ，则转动过程中感应电动势的最大值为Em= ，经时间t，此时线圈平面与中性面有一夹角，感应电动势瞬时值e= 。
对非正弦交流电，用有效值的定义列方程求解： ，（时间一般取一个周期），
交流电的有效值是根据交流电的热效应规定的，反映的是交流电在能量方面的平均效果。让交流电与恒定电流通过阻值相同的电阻，若在相等时间内产生的热量相等，这一恒定电流值就是交流电的有效值。
对正弦交流电，其最大值和有效值之间的关系为E= .
如图所示的电压有效值为 V
例1、一矩形线圈，面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕着中心对称轴做匀速转动，角速度为ω，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面开始计时。
（1）试证明：线圈中感应电动势的最大值Em=NBSω,并写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式。
（2）若线圈中的电阻为R，则线圈中电流的最大值为多少？请写出线圈中的电流瞬时表达式。
（3）在线圈转过90°的过程中，线圈中感应电动势的平均值多大？
(1)、设AB边长为L1， BC边长为L2，从图示位置转过900后，
EAD=EBC=B L2 V= EAD=EBC=B L2 ω L1/2，
Em=NE单=NBS ω
(3)
例2、如图所示，一个单匝闭合圆形线圈面积为S，电阻为 ，放在空间分布均匀的磁场中，且线圈平面与磁场垂直，磁场的磁感应强度 随时间t的变化规律为
(1)在0～T 时间内，哪些时刻线圈中产生的感应电动势最大
(2)在 ～ 时间内，通过线圈横截面的电量是多大
(3)在0～ T时间内，线圈中所产生的热量是多大？
（1）
t=0、T/2、T时，感应电动势最大
（2）Φ1=SB0，Φ2=-SB0
所以通过线圈横截面的电荷量q=
(3)产生正弦交变电流的最大值
所以0~T 时间内，线圈产生热量 Q=
例3 如图所示，OACO为水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝（图中用粗线表示），R1= 4Ω，R2 =8Ω（导轨其他部分电阻不计）．导轨OAC的形状满足方
程y=2sin（ ）（单位：m）．磁感应强度B=0.2T的
匀强磁场方向垂直导轨平面．一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻．求：
（1）外力F的最大值；
（2）金属棒在轨道上运动时
电阻丝R1上消耗的最大功率；
（3）在滑动过程中通过金属棒
的电流I与时间t的关系。
：（1）金属棒匀速运动 F外＝F安
E＝BLv
所以：Fmax＝0.3N
（2）
（3）金属棒与导轨接触点间的长度随时间变化
且 x＝vt ，E＝BLv
所以
例4．如图甲所示，矩形线圈abcd边长ab=2L，ad=3L，OO'是线圈的转动轴，aO=bO=2L．匀强磁场的磁感应强度为B，OO'刚好与磁场的边界线重合．线圈的总电阻为R．当线圈绕 OO'以角速度ω匀速转动时，试求：
(1)从图示时刻起，线圈的ab边第一次出磁场前的瞬时，回路中电流的大小和方向．
(2)从图示位置计时，取电流沿abcd方向为正，在乙中画出线圈中的电流i随时间t变化的关系图线(画两个周期)．
(3)线圈中电流的有效值
（2）
（1）ab边出磁场前瞬间感应电动势E1=B 2L ω 2L=4BωL2
（沿adcba方向）
（3）
1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是（ ）
A、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大
B、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大
C、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零
D、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零
C
2、如图（甲）所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO’与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是下图（乙）中的哪一个（ A ）
3、如图，磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为N的矩形线圈，其面积为S，电阻为r，线圈两端外接一电阻为R的用电器和一个理想交流电压表．若线圈绕对称轴OO′以角速度ω匀速转动，则当线圈从图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（ A ）
A、通过电阻R的电量为
B、从图示位置开始转动90°磁通量的变化量等于NBS
C、交流电压表示数为
D．电阻R产生的热量为
4、如图，导体棒ab在宽度为d的金属导轨上运动的速度随时间变化关系v=v0sin（πt），导轨内匀强磁场的磁感强度为B，平行金属板中间固定一电子，在t=0.5s时释放电子，（电子重力不计，一切电阻均不计）则（ AB ）
A．电子往复运动 （设不与板撞击）
B．往复运动周期为2秒（设不与板撞击）
C．电子作直线运动，最终到上极板
D．电子作直线运动，最终到下极板
5、将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为 （ B ）
Ａ．(2πl2nB)2/P Ｂ．2(πl2nB)2/P
Ｃ．(l2nB)2/2P Ｄ．(l2nB)2/P
6、如图所示，交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求： ⑴通过R的电荷量q为多少？
⑵R上产生电热QR为多少？
⑶外力做的功W为多少？
(1)
(2)
(3)
人教高中物理
选修3-2 交变电流
主要内容
知识点一、正弦交流电的产生
知识点二、交流电的有效值
正弦交流电的产生主要有以下四种方式：
方法一:矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动. （E=BLVsinθ）
方法二:磁场按正弦规律变化
方法三：导体棒的有效长度按正正弦规律变化
方法四：导体棒的速度按正弦规律变化
四种方法中第一种方法操作性强,也是教材中推出的产生交变电流的原理方法。
四种方法中第一种方法操作性强,也是教材中推出的产生交变电流的原理方法。
在第一种方法中，中性面是指
设n匝线圈从中性面以角速度ω开始绕垂直于匀强磁场B的轴匀速转动，令ab=dc=L1，ad=bc=L2 ，则转动过程中感应电动势的最大值为Em= ，经时间t，此时线圈平面与中性面有一夹角，感应电动势瞬时值e= 。
对非正弦交流电，用有效值的定义列方程求解： ，（时间一般取一个周期），
交流电的有效值是根据交流电的热效应规定的，反映的是交流电在能量方面的平均效果。让交流电与恒定电流通过阻值相同的电阻，若在相等时间内产生的热量相等，这一恒定电流值就是交流电的有效值。
对正弦交流电，其最大值和有效值之间的关系为E= .
如图所示的电压有效值为 V
例1、一矩形线圈，面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕着中心对称轴做匀速转动，角速度为ω，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面开始计时。
（1）试证明：线圈中感应电动势的最大值Em=NBSω,并写出线圈中感应电动势随时间变化的表达式。
（2）若线圈中的电阻为R，则线圈中电流的最大值为多少？请写出线圈中的电流瞬时表达式。
（3）在线圈转过90°的过程中，线圈中感应电动势的平均值多大？
(1)、设AB边长为L1， BC边长为L2，从图示位置转过900后，
EAD=EBC=B L2 V= EAD=EBC=B L2 ω L1/2，
Em=NE单=NBS ω
(3)
例2、如图所示，一个单匝闭合圆形线圈面积为S，电阻为 ，放在空间分布均匀的磁场中，且线圈平面与磁场垂直，磁场的磁感应强度 随时间t的变化规律为
(1)在0～T 时间内，哪些时刻线圈中产生的感应电动势最大
(2)在 ～ 时间内，通过线圈横截面的电量是多大
(3)在0～ T时间内，线圈中所产生的热量是多大？
（1）
t=0、T/2、T时，感应电动势最大
（2）Φ1=SB0，Φ2=-SB0
所以通过线圈横截面的电荷量q=
(3)产生正弦交变电流的最大值
所以0~T 时间内，线圈产生热量 Q=
例3 如图所示，OACO为水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝（图中用粗线表示），R1= 4Ω，R2 =8Ω（导轨其他部分电阻不计）．导轨OAC的形状满足方
程y=2sin（ ）（单位：m）．磁感应强度B=0.2T的
匀强磁场方向垂直导轨平面．一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻．求：
（1）外力F的最大值；
（2）金属棒在轨道上运动时
电阻丝R1上消耗的最大功率；
（3）在滑动过程中通过金属棒
的电流I与时间t的关系。
：（1）金属棒匀速运动 F外＝F安
E＝BLv
所以：Fmax＝0.3N
（2）
（3）金属棒与导轨接触点间的长度随时间变化
且 x＝vt ，E＝BLv
所以
例4．如图甲所示，矩形线圈abcd边长ab=2L，ad=3L，OO'是线圈的转动轴，aO=bO=2L．匀强磁场的磁感应强度为B，OO'刚好与磁场的边界线重合．线圈的总电阻为R．当线圈绕 OO'以角速度ω匀速转动时，试求：
(1)从图示时刻起，线圈的ab边第一次出磁场前的瞬时，回路中电流的大小和方向．
(2)从图示位置计时，取电流沿abcd方向为正，在乙中画出线圈中的电流i随时间t变化的关系图线(画两个周期)．
(3)线圈中电流的有效值
（2）
（1）ab边出磁场前瞬间感应电动势E1=B 2L ω 2L=4BωL2
（沿adcba方向）
（3）
1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是（ ）
A、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大
B、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大
C、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零
D、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零
C
2、如图（甲）所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO’与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是下图（乙）中的哪一个（ A ）
3、如图，磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为N的矩形线圈，其面积为S，电阻为r，线圈两端外接一电阻为R的用电器和一个理想交流电压表．若线圈绕对称轴OO′以角速度ω匀速转动，则当线圈从图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（ A ）
A、通过电阻R的电量为
B、从图示位置开始转动90°磁通量的变化量等于NBS
C、交流电压表示数为
D．电阻R产生的热量为
4、如图，导体棒ab在宽度为d的金属导轨上运动的速度随时间变化关系v=v0sin（πt），导轨内匀强磁场的磁感强度为B，平行金属板中间固定一电子，在t=0.5s时释放电子，（电子重力不计，一切电阻均不计）则（ AB ）
A．电子往复运动 （设不与板撞击）
B．往复运动周期为2秒（设不与板撞击）
C．电子作直线运动，最终到上极板
D．电子作直线运动，最终到下极板
5、将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为 （ B ）
Ａ．(2πl2nB)2/P Ｂ．2(πl2nB)2/P
Ｃ．(l2nB)2/2P Ｄ．(l2nB)2/P
6、如图所示，交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求： ⑴通过R的电荷量q为多少？
⑵R上产生电热QR为多少？
⑶外力做的功W为多少？
(1)
(2)
(3)