3.1.2交变电流 课件—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（25张PPT）
文档属性
| 名称 | 3.1.2交变电流 课件—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（25张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 582.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-08-12 16:26:48 | ||
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文档简介
3.1.2 交变电流
1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。
3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。
穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流——正弦交变电流。
1、交变电流的变化规律？
2、峰值的求法？
一、交变电流的变化规律
1.定义:按_____规律变化的交变电流,简称___________。
正弦
正弦式电流
2.函数表达式和图像:
函数表达式
图 像
瞬时电动势:e=________
瞬时电压:u=________
瞬时电流:i=________
Emsinωt
Umsinωt
Imsinωt
注:表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压、电流的_____,而e、u、i则是这几个量的_______。
3.峰值决定因素:
关于它的数值的解释符合科学实际的有:_______。
① 由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定。
②与线圈的形状无关。
③与转轴的位置无关
峰值
瞬时值
①②③
1.交变电流的瞬时值表达式推导:
线圈平面从中性面开始转动,如图所示,则经过时间t:
(1)线圈转过的角度为ωt。
(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt。
(3)ab边转动的线速度大小v=ω????????????2 。
(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)
eab=BLabvsin θ=????????ω2sin ωt。
(5)整个线圈产生的感应电动势e=2eab=BSωsin ωt,
若线圈为n匝,则e=nBSωsin ωt。
?
4.交变电流的图像:(从中性面开始计时)
典例精析
例1.如图所示,线圈中不能产生交变电流的是( )
解析：B、C、D中线圈产生的感应电流方向均发生变化,故能产生交变电流,A中不产生交变电流。
答案A。
变式训练
(多选)线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e=10sin(20πt) V,则下列说法正确的是( )
A.t=0时,线圈平面位于中性面
B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大
C.t=0时,导线切割磁感线的有效速率最大
D.t=0.4 s时,e有最大值10 2V
?
解析：由电动势的瞬时值表达式可知从线圈位于中性面时开始计时,所以t=0时,线圈平面位于中性面,磁通量为最大,但此时导线速度方向与磁感线平行,切割磁感线的有效速率为零,A、B正确,C错误。当t=0.4s时,e=10sin(20πt)V=10×sin(20π×0.4)V=0,D错误。
答案AB。
函数表达式和图像
技法点拨：
函数表达式
图 像
瞬时电动势:e=________
瞬时电压:u=________
瞬时电流:i=________
Emsinωt
Umsinωt
Imsinωt
发电厂里的交流发电机的构造比图3.1-3 复杂得多，但是基本组成部分也是两部分，即产生感应电动势的线圈（通常叫作电枢）和产生磁场的磁体。电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。如果磁极转动，电枢不动，线圈中同样会产生感应电动势，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。
二、交流发电机
旋转电枢式发电机转子产生的电流，必须像图3.1-3那样经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过500 V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。
发电机的转子（图3.1-8）由蒸汽轮机、水轮机等带动。蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
图3.1-8 三峡电站一台正在吊装的发电机转子
典例精析
例2.下列关于电流的说法正确的是（ ）
A．绝缘体不能导电是因为缺少可以自由移动的电荷
B．在电源外部的电路中，电子从正极流向负极
C．1号干电池比5号干电池大，所以1号干电池电动势更高
D．爱迪生发明了交流电和交流发电机，为千家万户带来了光明
解析：A、导体能导电是因为有可以自由移动的电荷，绝缘体不能导电是因为缺少可以自由移动的电荷，故A正确；
B、在电源外部的电路中，电流方向从正极流向负极，电流方向是电子定向移动方向的反方向，故电子从负极流向正极，故B错误；
C、干电池的电动势都一样，均为1.5V，和电池的大小无关，故C错误；
D、特斯拉发明了交流电和交流发电机，故D错误。
故选：A。
变式训练
交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面垂直时，下列说法正确的是（ ）
A．电流将改变方向
B．磁场方向和线圈平面垂直
C．线圈中产生的感应电动势最大
D．穿过线圈的磁通量最大
解析：A、线圈平面每经过和中性面垂直的位置时，电动势和电流达最大值，方向不变，故A错误，C正确；
B、线圈平面与中性面垂直时，磁场方向与线圈平面平行，故B错误；
D、与中性面垂直时的位置，线圈与磁场平行，此时线圈中的磁通量为零，故D错误。
故选：C。
理解交流发电机的工作原理。
技法点拨：
再见
1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。
3．中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。
穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流——正弦交变电流。
1、交变电流的变化规律？
2、峰值的求法？
一、交变电流的变化规律
1.定义:按_____规律变化的交变电流,简称___________。
正弦
正弦式电流
2.函数表达式和图像:
函数表达式
图 像
瞬时电动势:e=________
瞬时电压:u=________
瞬时电流:i=________
Emsinωt
Umsinωt
Imsinωt
注:表达式中Em、Um、Im分别是电动势、电压、电流的_____,而e、u、i则是这几个量的_______。
3.峰值决定因素:
关于它的数值的解释符合科学实际的有:_______。
① 由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定。
②与线圈的形状无关。
③与转轴的位置无关
峰值
瞬时值
①②③
1.交变电流的瞬时值表达式推导:
线圈平面从中性面开始转动,如图所示,则经过时间t:
(1)线圈转过的角度为ωt。
(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt。
(3)ab边转动的线速度大小v=ω????????????2 。
(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)
eab=BLabvsin θ=????????ω2sin ωt。
(5)整个线圈产生的感应电动势e=2eab=BSωsin ωt,
若线圈为n匝,则e=nBSωsin ωt。
?
4.交变电流的图像:(从中性面开始计时)
典例精析
例1.如图所示,线圈中不能产生交变电流的是( )
解析：B、C、D中线圈产生的感应电流方向均发生变化,故能产生交变电流,A中不产生交变电流。
答案A。
变式训练
(多选)线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e=10sin(20πt) V,则下列说法正确的是( )
A.t=0时,线圈平面位于中性面
B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大
C.t=0时,导线切割磁感线的有效速率最大
D.t=0.4 s时,e有最大值10 2V
?
解析：由电动势的瞬时值表达式可知从线圈位于中性面时开始计时,所以t=0时,线圈平面位于中性面,磁通量为最大,但此时导线速度方向与磁感线平行,切割磁感线的有效速率为零,A、B正确,C错误。当t=0.4s时,e=10sin(20πt)V=10×sin(20π×0.4)V=0,D错误。
答案AB。
函数表达式和图像
技法点拨：
函数表达式
图 像
瞬时电动势:e=________
瞬时电压:u=________
瞬时电流:i=________
Emsinωt
Umsinωt
Imsinωt
发电厂里的交流发电机的构造比图3.1-3 复杂得多，但是基本组成部分也是两部分，即产生感应电动势的线圈（通常叫作电枢）和产生磁场的磁体。电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。如果磁极转动，电枢不动，线圈中同样会产生感应电动势，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。
二、交流发电机
旋转电枢式发电机转子产生的电流，必须像图3.1-3那样经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过500 V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。
发电机的转子（图3.1-8）由蒸汽轮机、水轮机等带动。蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
图3.1-8 三峡电站一台正在吊装的发电机转子
典例精析
例2.下列关于电流的说法正确的是（ ）
A．绝缘体不能导电是因为缺少可以自由移动的电荷
B．在电源外部的电路中，电子从正极流向负极
C．1号干电池比5号干电池大，所以1号干电池电动势更高
D．爱迪生发明了交流电和交流发电机，为千家万户带来了光明
解析：A、导体能导电是因为有可以自由移动的电荷，绝缘体不能导电是因为缺少可以自由移动的电荷，故A正确；
B、在电源外部的电路中，电流方向从正极流向负极，电流方向是电子定向移动方向的反方向，故电子从负极流向正极，故B错误；
C、干电池的电动势都一样，均为1.5V，和电池的大小无关，故C错误；
D、特斯拉发明了交流电和交流发电机，故D错误。
故选：A。
变式训练
交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面垂直时，下列说法正确的是（ ）
A．电流将改变方向
B．磁场方向和线圈平面垂直
C．线圈中产生的感应电动势最大
D．穿过线圈的磁通量最大
解析：A、线圈平面每经过和中性面垂直的位置时，电动势和电流达最大值，方向不变，故A错误，C正确；
B、线圈平面与中性面垂直时，磁场方向与线圈平面平行，故B错误；
D、与中性面垂直时的位置，线圈与磁场平行，此时线圈中的磁通量为零，故D错误。
故选：C。
理解交流发电机的工作原理。
技法点拨：
再见