3.1交变电流 22张PPT
文档属性
| 名称 | 3.1交变电流 22张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-08 20:01:14 | ||
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文档简介
第三章 交变电流
第1节 交变电流
用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点?
如图3.1-1所示，在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。
一、交变电流
1.交变电流(AC):① 大小和方向????随时间做周期性变化的电流,简称交流。
2.直流(DC):② 方向????不随时间变化的电流。
??日常生活中使用得更多的是交流,如下图:
观察交变电流的方向
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(图3.1-2)。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。
实验现象说明了什么?
二、交变电流的产生
1.线圈在③ 匀强????磁场中绕④ 垂直于磁场????的轴匀速转动,线圈中就会产生
⑤ 正弦式????交变电流。
2.过程分析
假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图3.1-3所示。我们考虑下面几个问题。
1.在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?
2.在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?
3.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?
3.中性面:线圈平面与磁场⑥ 垂直????的位置。
导体切割磁感线分析的过程
如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为
L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：
(1)ab边产生的感应电动势为多大？
(2)整个线圈中的感应电动势为多大？
答案 整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt.
(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？
答案 若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，
所以e＝NBSωsin ωt.
可以根据右手定则来判断线圈运动时，AB边或CD边上感应电流的方向。因为AB边或CD边运动时，垂直于磁感线方向的速度不断变化，所以感应电动势也在变化，感应电流同时发生变化。假设电流从E经过负载流向F的方向记为正，反之为负，在横坐标轴上标出线圈到达图3.1-3中甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻(图3.1-4)，大致画出感应电流随时间变化的曲线。
三、交变电流的变化规律
1.正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流,简称正弦式电流。
2.正弦式交变电流的瞬时值表达式(从中性面开始计时)
物理量
函数关系
图像
磁通量
Φ=Φm cos ωt=BS cos ωt
?
电动势
e=Em sin ωt=NBSω sin ωt
?
物理量
函数关系
图像
电压
u=Um sin ωt=? sin ωt
?
电流
i=Im sin ωt=?
sin ωt
?
3.峰值
(1)由e=NBSω sin ωt知,电动势的峰值Em=NBSω。
(2)电动势的峰值由线圈匝数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,因此如图所示的几种情况,若N、B、S、ω相同,则电动势的峰值相同。
(3)电流的峰值可表示为Im=?。
常见的几种交变电流的波形图
四、交流发电机
1.旋转磁极式发电机
2.旋转电纽式发电机
例题1
如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（ ）
A．从正前方看去，该线框将会逆时针转动
B．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变
C．转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变
D．线框转过
时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS
C
例题2
（多选）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转动轴速转动，如图甲所示，磁通量随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．t=0.01s时线框的磁通量变化率最大B．t=0.005s时线框产生的电动势为零C．t=0.02s时线框中的电流改变方向D．线框产生的交变电动势频率为100Hz
AB
随堂演练1
（多选）矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（ ）
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
CD
2.(多选)下列各图中(A、B、C选项中的虚线为转轴；D选项中O点为固定点，线圈在纸面内绕O点转动，且匀强磁场区域足够大)，线圈中能产生交流电的是
A、C
3（多选）如图所示，观察电流表的指针，可以判定（ ）
A．指针随着线圈转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次B．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，电流表的指针偏转最大C．当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，电流表的指针偏转最大D．感应电动势和感应电流是周期性变化的
ACD
第1节 交变电流
用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点?
如图3.1-1所示，在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。
一、交变电流
1.交变电流(AC):① 大小和方向????随时间做周期性变化的电流,简称交流。
2.直流(DC):② 方向????不随时间变化的电流。
??日常生活中使用得更多的是交流,如下图:
观察交变电流的方向
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(图3.1-2)。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。
实验现象说明了什么?
二、交变电流的产生
1.线圈在③ 匀强????磁场中绕④ 垂直于磁场????的轴匀速转动,线圈中就会产生
⑤ 正弦式????交变电流。
2.过程分析
假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图3.1-3所示。我们考虑下面几个问题。
1.在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?
2.在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动?
3.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?
3.中性面:线圈平面与磁场⑥ 垂直????的位置。
导体切割磁感线分析的过程
如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为
L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：
(1)ab边产生的感应电动势为多大？
(2)整个线圈中的感应电动势为多大？
答案 整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt.
(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？
答案 若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，
所以e＝NBSωsin ωt.
可以根据右手定则来判断线圈运动时，AB边或CD边上感应电流的方向。因为AB边或CD边运动时，垂直于磁感线方向的速度不断变化，所以感应电动势也在变化，感应电流同时发生变化。假设电流从E经过负载流向F的方向记为正，反之为负，在横坐标轴上标出线圈到达图3.1-3中甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻(图3.1-4)，大致画出感应电流随时间变化的曲线。
三、交变电流的变化规律
1.正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流,简称正弦式电流。
2.正弦式交变电流的瞬时值表达式(从中性面开始计时)
物理量
函数关系
图像
磁通量
Φ=Φm cos ωt=BS cos ωt
?
电动势
e=Em sin ωt=NBSω sin ωt
?
物理量
函数关系
图像
电压
u=Um sin ωt=? sin ωt
?
电流
i=Im sin ωt=?
sin ωt
?
3.峰值
(1)由e=NBSω sin ωt知,电动势的峰值Em=NBSω。
(2)电动势的峰值由线圈匝数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,因此如图所示的几种情况,若N、B、S、ω相同,则电动势的峰值相同。
(3)电流的峰值可表示为Im=?。
常见的几种交变电流的波形图
四、交流发电机
1.旋转磁极式发电机
2.旋转电纽式发电机
例题1
如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（ ）
A．从正前方看去，该线框将会逆时针转动
B．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变
C．转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变
D．线框转过
时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS
C
例题2
（多选）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转动轴速转动，如图甲所示，磁通量随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．t=0.01s时线框的磁通量变化率最大B．t=0.005s时线框产生的电动势为零C．t=0.02s时线框中的电流改变方向D．线框产生的交变电动势频率为100Hz
AB
随堂演练1
（多选）矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（ ）
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
CD
2.(多选)下列各图中(A、B、C选项中的虚线为转轴；D选项中O点为固定点，线圈在纸面内绕O点转动，且匀强磁场区域足够大)，线圈中能产生交流电的是
A、C
3（多选）如图所示，观察电流表的指针，可以判定（ ）
A．指针随着线圈转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次B．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，电流表的指针偏转最大C．当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，电流表的指针偏转最大D．感应电动势和感应电流是周期性变化的
ACD