人教版高中物理选修2-1 4.1 交变电流的产生和描述 课件（44张PPT）

交变电流的产生和描述
考　纲　点　击
备　考　指　南
1.交变电流、交变电流的图象Ⅰ
1.交变电流的产生及描述(e、u、i的瞬时值表达式、峰值、有效值、周期、频率)，特别是交流电的图象和有效值的计算是考查的热点．
2.变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，远距离输电问题等是考查的重点．
2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值　Ⅰ
3.理想变压器　Ⅱ
4.远距离输电Ⅰ
交变电流的产生
交流发电机模型
将立体图转化为平面图
两个特殊位置：
第一特殊位置：S
B
中性面特点：
2、导体边不切割磁感线
1、磁通量最大Ф=Фmax
所以，E感=0，i感=0
即：此时线圈中无电流！
—中性面
特点：
2、导体边垂直切割磁感线
1、磁通量为最小，Ф=0
第二特殊位置：S
B
线圈中有感应电流
E感=nBSω，
即：此时线圈中电流最大！
中性面
峰值面
含义
线圈平面与磁场方向垂直
线圈平面与磁场方向平行
磁通量
最大(BS)
零
磁通量的变化率
0
最大
感应电动势
0
最大(nBSω)
电流方向
发生改变
方向不变
线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
思考：
在线圈旋转至任何一个非特殊位置时的感应电动势如何计算？
（
V垂直
以线圈从中性面转动为t=0时刻开始计时，经过t时间
V
(1)、正弦交变电流的图象
e
o
Em
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
3、交变电流的图像和变化规律
4、交流发电机
1、构造
2、种类
①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）
②用来产生磁场的磁极
①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）
②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子
(3)、交变电流的种类
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲
(4)激光通信中的尖脉冲
1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。
t
i
A
B
C
D
A B D
A
4、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做　　　　．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变　　　　．
3、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生　　　　　　　．
2、交变电流：　　　和　 　都随时间做　
的电流叫做交变电流．电压和电流随时间按　 　　　变化的交流电叫正弦交流电
大小
方向
正弦规律
感应电流
中性面
两次
周期性变化
5、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为　　　　　　．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为　 　　　．
0
Em
e
-Em
t
e=Emsinωt
i=(Em/R)·sinωt
[应用升级]
1．一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像如图10－1－3甲所示，则下列说法正确的是 (　　)
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大
D．该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示
B
答案：B
如图10－1－6所示，图线a是线圈
在匀强磁场中匀速转动时所产生正
弦交流电的图象，当调整线圈转速
后，所产生正弦交流电的图象如图
线b所示，以下关于这两个正弦交
流电的说法正确的是 (　　)．
A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B．线圈先后两次转速之比为3∶2
C．交流电a的瞬时值为u＝10sin 5πt(V)
【变式1】
图10－1－6
BCD
解析　由图可知t＝0时刻时感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；由图可知Ta＝0.4 s，Tb＝0.6 s，线圈先后两次转速之比na∶nb＝Tb∶Ta＝3∶2，选项B正
答案　BCD
[典题例析]
如图所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则如图10－1－7所示的四幅图中正确的是 (　　)
[答案]　D
二、描述交变电流大小的物理量
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势最大值：
2、最大值(峰值)：
1、瞬时值
0
t/s
U/V
Um
电压最大值
电压瞬时值
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
3．有效值
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
我的电流有效值是3A
3．有效值
（1）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值．（热效应相同）
（2）说明：
①交变电流的有效植根据电流的热效应来规定，与电流的方向无关，计算电功和热量必须用有效值
②有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的．
③交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。
注意：电容器的耐压值是交流的最大值。
(4)一般用电器上标注的额定值是有效值，而电容器上标注的是最大值
4．平均值：
计算通过某导体截面的电量一定要用平均值。
(3)．正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系
[典题例析]
一个10 Ω的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图10－1－10所示，则 (　　)
D
[答案]　D
C
答案：C
[典题例析]
一个电阻为r、边长为L的正方形
线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B
的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以
如图10－1－12所示的角速度ω匀速转动，
外电路电阻为R。 图10－1－12
(1)说明此刻线圈感应电流的方向。
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？
(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，
线圈转一周，柴油机做多少功？
(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通
过R的电量是多少？
(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场
方向的轴，在匀强磁场中匀速转动，
产生的交变电动势随时间变化的图
象如图10－1－8所示．现把交流电
加在电阻为9 Ω的电热丝上，下列
判断正确的是 (　　)．
A．线圈转动的角速度ω＝100 rad/s
B．在t＝0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大
C．电热丝两端的电压U＝100 V
D．电热丝此时的发热功率P＝1 800 W
【变式】
图10－1－8
D
答案　D
(2011·皖南八校联考)如图10－1－9所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为 (　　)．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
?
图10－1－9
A．1∶ B．1∶2
C．1∶3 D．1∶6
c