3.2描述交变电流的物理量 课件 (共26张PPT) 高二下学期物理粤教版(2019)选择性必修第二册

(共26张PPT)
by甘腾胜@202300417
新粤教版(2019)高中物理选择性必修第二册 第三章
3.2 描述交变电流的物理量
如果线圈从中性面开始匀速转动，则
复习回顾
按照课本思路，用另一种方法推导：线圈从中性面开始，任意时刻的感应电动势的表达式。
把 代入
若为n匝线圈
感应电动势的函数表达式
中性面起转：
中性面起转：
与中性面垂直的平面起转：
ωt为线圈与中性面的夹角
任意时刻的感应电动势
中性面起转：
ωt为t时刻线圈与中性面的夹角
求知欲很强的某同学觉得还不满足，他想知道：如果初始时刻既不是在中性面，也不是在与中性面垂直的平面，那这个时候任意时刻的感应电动势该怎么求？
假设初始位置与中性面的夹角为θ，那么经过时间t，线圈与中性面的夹角就变成了θ+ωt,把ωt换成θ+ωt就行了。
任意时刻的感应电动势
感应电动势的函数表达式
【练1】如图所示，匀强磁场B＝0.1 T，所用矩形线圈的匝数n＝100，边长ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
(1)线圈中瞬时感应电动势的表达式；
(2)由t＝0至t＝T/4过程中的平均感应电动势大小；
(3)若线圈平面平行磁感线时开始计时，求线圈在t＝T/6时刻的电动势大小。
1、周期(T)：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
单位：秒（s）
2、频率(f)：一秒内完成周期性变化的次数。
单位：赫兹（Hz）
周期和频率常用来描述交流电变化的快慢。
我国工业和家庭电路的交流电的周期是0.02s，频率是50Hz。
描述交变电流的物理量
3、峰值（峰值电动势Em，峰值电流Im，峰值电压Um）
如果用R表示闭合电路的总电阻，则电路电流的瞬时值为：
电动势瞬时值为：
设电路中某电阻的阻值为R'，则该电阻的电压瞬时值为：
可以发现，e、i、u均按正弦规律变化
描述交变电流的物理量
交变电动势最大值，由线圈匝数N，磁感应强度B，转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关(只要垂直磁场即可)，因此如下图所示的几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。
描述交变电流的物理量
4、平均值
平均值只表示某段时间内交变电流的平均大小，只有在计算流过导体横截面的电荷量时才用平均值。
平均值
电荷量
描述交变电流的物理量
描述交变电流的物理量
【练2】(单)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，绕圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
D
描述交变电流的物理量
【练3】(单)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象如图甲所示，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＝0.01s时刻，线圈中磁通量变化率最大
C．t＝0.02s时刻，瞬时电动势最大
D．该线圈相应的交流电动势图象如图乙所示
B
描述交变电流的物理量
【练4】(单)线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图可知
A．在A、C时刻线圈处于中性面位置
B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从A时刻到D时刻线圈转过的角度为π
D．若从0时刻到D时刻经过0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次
D
描述交变电流的物理量
情景：甲、乙图中电炉烧水，设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同。若直流电源用10分钟把水烧开，而第二次用交流电时也用10分钟把水烧开。
我的电流是恒定的3A
我10分钟把水烧开
我10分钟也把水烧开！
我的电流是变化的
描述交变电流的物理量
我的电流有效值也是3A
5、有效值
根据电流的热效应来规定，让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，就把描述这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。
（1）定义：
描述交变电流的物理量
一个周期内直接用电热公式很明显不行
注意到前半周期和后半周期电流大小都不变，可以分别算出，再加起来
设电阻阻值为R
把T和I1、I2的值代入
设有一个恒定电流为I，在T内流过电阻R生热也是Q
此为交流电的有效值
描述交变电流的物理量
5、有效值
注意：交流电压表和交流电流表测量的值都是有效值
描述交变电流的物理量
5、有效值
计算交流电生热时，如果时间取得极短，例如，只看T/3内交流电的生热，用Q=I有2Rt计算不能得出准确的结果，因为我们是在一个周期T内对生热进行等效的，此时QT不一定等于3QT/3。
特殊情况下，t并不是任意的T/4都可以用Q=I有2Rt来计算热量，如上图所示。
根据对称性，任意T/2时间内的热量可以用Q=I有2Rt来计算。
描述交变电流的物理量
5、有效值
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：
只适用于正弦交流电
有效值是从电流做功的角度来进行定义的，凡是涉及到功、功率或电热的计算均用有效值。
（3）说明：
描述交变电流的物理量
5、有效值
如图，有两个完全一样的电阻R，分别接在两个交流电上，一个正弦：i=Imsinωt，一个余弦：i=Imcosωt，它们的最大值相等。
在0~T内，很明显两个交流电产生的热量相等，设为Q，则总热量为2Q。
在0~T内，把时间分成n段（n无穷大），每一段为T/n，则图中这一段时间内，电流可看作不变，两交流电产生的总热量为（t'为这段时间的初始时刻）：
同理，其他每一段时间产生热量都是：
所以：
一个交流电在T内产生热量为：
根据定义：
即：
描述交变电流的物理量
理论推导
描述交变电流的物理量
【练5】(单)如图所示是一交变电流的i t图象，则该交变电流电流的有效值为
B
提示：根据有效值的定义来算，让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，就把描述这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。
描述交变电流的物理量
【练6】(单)如图所示为一个经双向可控硅调节后加在灯泡上的电压，正弦交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在灯泡上电压的有效值为
D
描述交变电流的物理量
【练7】(单)小型手摇发电机线圈共n匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压
A．峰值是
B．峰值是
C．有效值是
D．
D
描述交变电流的物理量
【练8】(多)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则
A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线
B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向
C．t＝1.5s时，线圈中的感应电动势最大
D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2J
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1、感应电动势的函数表达式
（中性面起转和与中性面垂直的平面起转）
2、描述感应电流的物理量
周期、频率、峰值、平均值、有效值
小结