5.1《交变电流》课件（人教选修3-2）
文档属性
| 名称 | 5.1《交变电流》课件（人教选修3-2） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 455.8KB | ||
| 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 | 2012-02-21 19:53:50 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第1节 交变电流
交变电流
电气时代的到来
法拉第于1831年发现了电磁感应现象之后，工程技术专家敏锐地意识到电力对人类生活的意义，纷纷投身于电力开发、传输和利用方面的研究．
1832年，法国发明家皮克西制成第一台手摇发电机；1867年，德国工程师西门子制造了第一台自馈式发电机，大大提高了发电的效率．
世界上第一台直流电动机则是在1834年由美国工程师达文波特在美国物理学家约瑟夫·亨利的支持下制造的．从此，电力开始成为取代蒸汽动力的新能源．
电灯、电报、电话、电车、电焊、电影放映机等的相继问世，使电力的应用范围不断扩大，人们对电力的需求因此也不断增长.1882年，法国物理学家德普雷发现了远距离送电的方法；同年，美国发明家爱迪生建立的第一个火力发电站开始运行．
到19世纪末20世纪初，世界进入了电气时代．
1．________都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流；________不随时间变化的电流称为直流．
2．正弦式交变电流的电动势e随时间变化的规律为________，式中________叫做电动势的峰值．
1．大小和方向 方向
2．e＝Emsin ωt Em
一、交变电流的产生
1．交变电流的定义
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流．
2．交变电流的产生过程分析：
如右图所示为线圈abcd在磁场
中绕轴OO′转动时的截面图，
ab和cd两个边切割磁感线，
产生电动势，线圈上就有了
电流(或者说穿过线圈的磁通
量发生变化而产生了感应电流)．
具体分析如下图所示，当线圈转动到图①位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图②位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈在图③位置同线圈在图①位置；线圈在图④位置时，电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图⑤位置同在图①位置．线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流．
注意：(1)线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)．由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面．
(2)线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最大．
一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( )
A．线圈平面与磁感线方向垂直
B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
D．线圈中的电动势为零
解析：由中性面的特点可知A、B、D正确．
答案：ABD
变式迁移
1．下图中哪些情况线圈中产生了交流电( )
解析：由正弦交流电的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别要求．
答案：BCD
二、交变电流的变化规律
1．交变电流的数学表达式
如右图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和cd边产生的电动势均为BLvsin ωt，则此时整个线圈的电动势为
e＝2BLvsin ωt. ①
或写为e＝Emsin ωt ②
由e＝Emsin ωt知，线
圈中的交变电流按正弦函
数规律变化，这种交变电
流叫正弦交流电．
注意：(1)式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情况．
(2)在轴与磁场垂直的前提下，交变电流的表达式与轴的位置无关．
(3)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得
i＝ sin ωt，可写为i＝Imsin ωt.
R两端电压可记为：u＝Umsin ωt.
2．正弦交流电的图象
正弦交变电流随时间的
变化情况可以从图象上表示
出来，图象描述的是交变电
流随时间变化的规律，它是
一条正弦曲线，如右图所示．
从图中我们可以找出正弦交
变电流的最大值Im、周期T，
也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的时刻；线圈中磁通量最大的时刻是零时刻、t2时刻和t4时刻．也可以根据线圈旋转至平行磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行磁感线的时刻；线圈中磁通量为零是在t1时刻和t3时刻，感应电动势最大和感应电流最大的时刻是t1时刻和t3时刻．
3．交变电流的峰值
(1)交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电流的峰值．以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低．
(2)意义：磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬时值．对单匝线圈而言，其电压的峰值可表示为
一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.
(1)写出感应电动势的瞬时值表达式；
(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流的瞬时表达式．在t＝ s时的电流的瞬时值为多少？
变式迁移
2.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如右图所示，下列说法中正确的是( )
A．在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B．在t2时刻穿过线圈的
磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的
磁通量的变化率达到峰值
D．在t4时刻穿过线圈的
磁通量的变化率达到峰值
解析：从题图中可知，t1时刻线圈中感应电动势达到峰值，磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，线圈平面与磁感线平行，t2时刻感应电动势等于零，磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值，t3时刻感应电动势达到峰值，线圈中的磁通量变化率达到峰值．正确答案为B、C.
答案：BC
基础巩固
1．下图所示图象中属于交流电的有( )
解析：图A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交流电．正确答案为A、B、C.
答案：ABC
7．如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t＝时刻( )
A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈所受的安培力为零
D．线圈中的电流为零
能力提升
解析： ，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误，由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A错误，C、D正确．
答案：CD
祝
您
第1节 交变电流
交变电流
电气时代的到来
法拉第于1831年发现了电磁感应现象之后，工程技术专家敏锐地意识到电力对人类生活的意义，纷纷投身于电力开发、传输和利用方面的研究．
1832年，法国发明家皮克西制成第一台手摇发电机；1867年，德国工程师西门子制造了第一台自馈式发电机，大大提高了发电的效率．
世界上第一台直流电动机则是在1834年由美国工程师达文波特在美国物理学家约瑟夫·亨利的支持下制造的．从此，电力开始成为取代蒸汽动力的新能源．
电灯、电报、电话、电车、电焊、电影放映机等的相继问世，使电力的应用范围不断扩大，人们对电力的需求因此也不断增长.1882年，法国物理学家德普雷发现了远距离送电的方法；同年，美国发明家爱迪生建立的第一个火力发电站开始运行．
到19世纪末20世纪初，世界进入了电气时代．
1．________都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流；________不随时间变化的电流称为直流．
2．正弦式交变电流的电动势e随时间变化的规律为________，式中________叫做电动势的峰值．
1．大小和方向 方向
2．e＝Emsin ωt Em
一、交变电流的产生
1．交变电流的定义
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流．
2．交变电流的产生过程分析：
如右图所示为线圈abcd在磁场
中绕轴OO′转动时的截面图，
ab和cd两个边切割磁感线，
产生电动势，线圈上就有了
电流(或者说穿过线圈的磁通
量发生变化而产生了感应电流)．
具体分析如下图所示，当线圈转动到图①位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图②位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈在图③位置同线圈在图①位置；线圈在图④位置时，电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图⑤位置同在图①位置．线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流．
注意：(1)线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)．由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面．
(2)线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最大．
一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时( )
A．线圈平面与磁感线方向垂直
B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
D．线圈中的电动势为零
解析：由中性面的特点可知A、B、D正确．
答案：ABD
变式迁移
1．下图中哪些情况线圈中产生了交流电( )
解析：由正弦交流电的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别要求．
答案：BCD
二、交变电流的变化规律
1．交变电流的数学表达式
如右图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和cd边产生的电动势均为BLvsin ωt，则此时整个线圈的电动势为
e＝2BLvsin ωt. ①
或写为e＝Emsin ωt ②
由e＝Emsin ωt知，线
圈中的交变电流按正弦函
数规律变化，这种交变电
流叫正弦交流电．
注意：(1)式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情况．
(2)在轴与磁场垂直的前提下，交变电流的表达式与轴的位置无关．
(3)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得
i＝ sin ωt，可写为i＝Imsin ωt.
R两端电压可记为：u＝Umsin ωt.
2．正弦交流电的图象
正弦交变电流随时间的
变化情况可以从图象上表示
出来，图象描述的是交变电
流随时间变化的规律，它是
一条正弦曲线，如右图所示．
从图中我们可以找出正弦交
变电流的最大值Im、周期T，
也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的时刻；线圈中磁通量最大的时刻是零时刻、t2时刻和t4时刻．也可以根据线圈旋转至平行磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行磁感线的时刻；线圈中磁通量为零是在t1时刻和t3时刻，感应电动势最大和感应电流最大的时刻是t1时刻和t3时刻．
3．交变电流的峰值
(1)交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电流的峰值．以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低．
(2)意义：磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬时值．对单匝线圈而言，其电压的峰值可表示为
一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.
(1)写出感应电动势的瞬时值表达式；
(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流的瞬时表达式．在t＝ s时的电流的瞬时值为多少？
变式迁移
2.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如右图所示，下列说法中正确的是( )
A．在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B．在t2时刻穿过线圈的
磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的
磁通量的变化率达到峰值
D．在t4时刻穿过线圈的
磁通量的变化率达到峰值
解析：从题图中可知，t1时刻线圈中感应电动势达到峰值，磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，线圈平面与磁感线平行，t2时刻感应电动势等于零，磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值，t3时刻感应电动势达到峰值，线圈中的磁通量变化率达到峰值．正确答案为B、C.
答案：BC
基础巩固
1．下图所示图象中属于交流电的有( )
解析：图A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交流电．正确答案为A、B、C.
答案：ABC
7．如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t＝时刻( )
A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈所受的安培力为零
D．线圈中的电流为零
能力提升
解析： ，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误，由于此时感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A错误，C、D正确．
答案：CD
祝
您