物理人教版（2019）选择性必修第二册3.2 交变电流的描述（共36张ppt）

(共36张PPT)
复习：交变电流及其描述
目
录
3.1节复习及课后题处理
01
3.2节复习及课后题处理
02
金榜题名例题变式讲解
03
课时作业&必刷题答疑
04
1.交变电流的定义
电流、电压大小和方向也随时间做周期性变化，这样的电流叫作交变电流，简称交流。
电流方向改变，大小不变也是交流电。
方向不随时间变化的电流称为直流。
方向不变，大小变的电流称为脉动直流电。
大小、方向都不随时间变化的电流叫做恒定电流。
转动手炳，闯过闭合导体的磁通量发生改变，两个二极管交替发光，说明感应电流的方向发生了改变。
2.交变电流的产生
可用楞次定律和右手定则判断：
1. 在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB 边中电流B向A。
2. 在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB 边中电流A流向B。
3. 竖直方向无电流（v、B平行），水平方向电流最大（v、B垂直）。
中性面
中性面
线圈与中性面重合时：
磁通量最大，磁通量变化率为零；AB、CD线速度方向与磁场平行，不切割磁感线。此时感生电动势为零。
线圈与中性面垂直时：
磁通量为零，磁通量变化率最大；AB、CD线速度方向与磁场垂直，割磁感线。此时感生电动势最大。
中性面→磁场面
磁通量减小，减同
磁场面→中性面
磁通量增大，增反
3.交变电流变化规律
1.设t＝0时线圈刚好转到中性面（如甲图）位置，此时导线AB的速度方向刚好与磁感线平行，因此感应电动势为0。
2.线框旋转过程中的线速度
经过时间t，线框转过的角度θ＝ωt，
AB、CD切割磁感线产生的感应电动势
e＝2Blvsin θ＝ωBldsin ωt＝ωBSsin ωt
3.设Em＝ωBS，e ＝ Emsin ωt
Em 是常数，当线圈平面与磁场平行时，电动势达到的最大值Em。
如果线圈匝数为N，则Em ＝NωBS。
e ＝ Emsin ωt =NBSωsin ωt
vsin θ
v
v
vsin θ
L
d
当外电路为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压 u、
流过的电流 i，也按正弦规律变化，即
u ＝eR/R总＝ Umsin ωt （2）
i＝e/R总 ＝Imsin ωt （3）
式中Um和 Im分别是电压和电流的最大值，也叫峰值，而e、u、i 则是相应的物理量的瞬时值。
1. 有人说，在图3.1-3中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为0。这种说法对不对？
为什么？
解析：
线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，v与B平行，故此时不切割磁感线，e=0.
线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，v与B垂直，故此时e=Em.
2. 图3.1-3中，设磁感应强度为0.01 T，单匝线圈边长AB为20 cm，宽BC为10 cm，转速n＝50 r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。
Em=BSw=BLd2πn
3. 一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值Em＝400 V，线圈匀速转动的角速度ω＝314 rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式（设0时刻电动势瞬时值为0）。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2 kΩ，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式
0时刻电动势瞬时值为0，v与B平行，sin0°=0
e＝Emsin ωt
i＝e/R总 ＝Emsin ωt/R总
Im=e/R总
线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交变电流是正弦式交变电流，交变电流的瞬时表达式与开始计时的位置有关。
0时刻电动势瞬时值为Em，v与B垂直，φ=0，ωt=0，cos0°=1，e＝Emcos ωt
4. 如图 3.1-9所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角到达30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时的电流方向。已知线框
按俯视的逆时针方向转动。
解析：
e=BSwcos30°=BSw√3/2
电流K到M
3.2节复习及课后题处理
02
交变电流的描述
1.频率通常用 f 表示，单位是赫兹。
根据定义可以知道
根据三角函数的知识可以知道，在 i ＝ Imsin ωt的表达
式中，ω等于频率的2π 倍，即ω ＝ 2 ω= 2π f＝ 2πn。
2.峰值
交变电流的峰值 Im或Um可以用来表示电流的强弱或电
压的高低。电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰
值，否则电容器就可能被击穿。
3.有效值
让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如
果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，而这
个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫
作这一交变电流的有效值。Q交=Q直=I2RT=（U2/R）T
“有效”指的是电流热效应的等效，直流电流（非恒定）也可以算有效值。
不可用于算电热，可用于算感应电荷量。
总
总
总
交变电流的描述
何时用到有效值？
人们通常说家庭电路的电压是220 V，是指有效值。用交流的电气设备上，标出的额定电压和额定电流都是有效值，一般交流电压表测量的数值也是有效值。提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值。
理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um 之间有如下关系
感抗
电感器对交变电流的阻碍作用：
1.线圈电阻
2.自感产生相反感应电流。感抗XL = ωL = 2πfL
线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
高频扼流圈：
通直流，通低频，阻高频
低频扼流圈：
通直流，阻交流
电容器对交变电流的阻碍作用：
两极板上的电荷产生了一个相反的电动势。
容抗：Xc＝1/ωC=1/2πfC
电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，即容抗越小。
在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗Z。
高频→磁通量变化更快
1. 我国电网中交变电流的周期是0.02 s，1 s内电流的方向发生多少次变化？
f=1/T=50Hz
50×2=100次
线圈转一周有两次经过中性面，在这个时候电流方向发生改变；
交流电源没有正负极之分，两次达到最大电流。
2. 一个电容器，当它的两个极板间的电压超过10 V时，其间的电介质就可能被破坏而不再绝缘，这个现象叫作电介质的击穿，这个击穿电压叫作这个电容器的耐压值。能否把这个电容器接在正弦式交流电压是9 V的电路两端？为什么？
不可以，Em=9√2>10
电压最大值大于电容器耐压值
灯泡上标的是有效值，
电容器上标的是耐压值（击穿电压）
3. 一个灯泡，上面写着“220 V 40 W”。当它接在正弦式交流电源上正常工作时，通过灯丝电流的峰值是多少？
正常工作时，220 V 40 W为有效值
4. 图3.2-7是一个正弦式交变电流的波形图。根据i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的有效值。
5. 有一个电热器，工作时的电阻为50 Ω，接在电压u为Um sin ωt的交流电源上，其中Um为311 V，ω为100 π s-1。该电热器消耗的功率是多大？
该电热器消耗的功率是多大？→求有效值
6. 有A、B、C三条导线，它们与大地之间的电压随时间变化的规律如图3.2-8所示。这三个电压中，它们的峰值有什么关系？它们的周期有什么关系？
峰值：C>B=A
周期：C=B=A
7. 通过某交流电流表的电流i随时间t变化的关系如图3.2-9所示，该电流表的示数是多少？
一个周期内，交流和直流通过R产生的热量相同
3.1节金榜课时答疑
03
B
φ-t图为余弦函数，e-t图为正弦函数
交变和直流区别是电流方向是否发生改变
课时作业十一
AD
D
C
线圈转到中性面时不受安培力
线圈转到峰值面时受安培力最大
C
1.感生电流的安培力做负功。
2.转一圈，φ和q的变化为零。
AD
任一时刻φ =BS cosωt，
变化率Δφ/Δt =BS ωsin ωt
e ＝ N Δφ/Δt=NBSωsin ωt
D
从切割磁感线的角度进行分析
D
S
N
AD
导线以线速度切割磁感线
正弦交变电流的应用
CD
感应电流方向改变→感生磁场方向变
谢谢观看
作业：1.改错题，整理笔记
2.完成课时作业十二
3.必刷题找重难点题型练习