高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流完美版ppt课件

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3.1 交变电流
人教版高中物理选修二
目录
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。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。
现象：
说明：发电机产生的交流电电流方向在不断变化。
两个二极管会交替发光
新知导入
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？
新知导入
１.直流电(DC)：
电流方向不随时间而改变
２.交变电流(AC)：
大小和方向都随时间做周期性变化的电流
种类：
新知探究
例题：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　　　　　 。
ABD
D
新知应用
思考判断： (1)交变电流的大小一定随时间变化。( ) (2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。( ) (3)交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化。( ) (4)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家用电器。( )
×
×
√
×
如何产生交流电呢？
新知应用
新知探究
交流发电机模型的原理简图
新知探究
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。
新知探究
哪些位置切割产生的电动势最大？
AB 和CD
已、丁
思考：哪些边在切割产生电动势？
哪些位置切割产生的电动势最小？
甲、丙
新知探究
为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析
新知探究
(甲)
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
没有边切割磁感应线
新知探究
B∥S，φ=0，E最大，I最大，感应电流方向b到a
(乙)
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，
新知探究
(丙)
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
没有边切割磁感应线
新知探究
B∥S，φ=0，E最大，I最大，感应电流方向a到b
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，
(丁)
新知探究
立体图
平面图
最大
最大
0
0
无
无
DCBAD
ABCDA
0
无
×
×
新知探究
1．中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面． （1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但ab和cd边都不切割磁感线，所以线圈中的电动势为零． （2）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．
强调:关于中性面
新知探究
设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以恒定角速度匀速转动，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O。
1．线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?
2．线圈转到什么位置时磁通量最大?这时感应电动势是最大还是最小?
3．线圈转到什么位置时磁通量最小?这时感应电动势是最大还是最小?
思考与讨论
新知探究
令
e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势
a(b)
c(d)
θ = ωt
（ab和cd边切割磁感线）
v = rω
则有
新知探究
（1）电动势按正弦规律变化：
（2）电流按正弦规律变化：
（3）电路上的电压按正弦规律变化：
电流：　　　　　　　
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
通过R时：
新知探究
o
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
新知探究
新知探究
Em
Im
Um
新知探究
正余弦交流电产生条件:
①匀强磁场、
③转轴必须和磁场垂直
②匀速转动、
E感的值与线圈的形状和转轴的位置没有关系：
E=NBSω
思考:下列四个线圈中能产生感应电流的是哪几个？
新知探究
若从中性面开始计时，电流按 规律变化，
若从极值面开始计时,则按 规律变化
正弦
余弦
若从任一时刻开始计时,则按 规律变化
非弦
思考：
新知探究
思考判断： (1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。( ) (2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。( ) (3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零。( ) (4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。( )
×
×
√
√
新知应用
正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。
新知探究
交流发电机的基本结构
新知探究
五、交流发电机
线圈（叫电枢）
→产生感应电动势
磁极
→产生磁场
1.基本组成
2.基本种类
旋转电枢式
→电枢动，磁极不动
旋转磁极式
→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。
新知探究
旋转电枢式的缺点：
旋转磁极式的优点：
电压高会火花放电、电枢无法做大
高电压、高功率输出
3.两种发电机的比较
五、交流发电机
新知探究
新知探究
新知探究
新知探究
例1:一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式？如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2000Ω，内电阻不计。电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。
e=EmsinWt
解：
Im=Em/R
i=ImsinWt
=400sin314t
=400÷2000A=0.2A
=2sin314t
新知应用
例2：如图所示，一半径为r＝10 cm 的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B=5/π2Ｔ，的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴线 OO′以n＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时．求(1)电动势的瞬时值表达式(2)线圈从图示位置经1/60s时的电动势的瞬时值(3)线圈从图示位置经T/6时的电动势的瞬时值
解：（1）e＝Emsin ωt
ω＝2πn
＝20π rad/s
e＝
(2)当t＝1/60 s时，
Em=NBSω
=100V
e＝100sin20π(1/60)V
＝50 V
100sin 20πt (V)
(3)当t＝T/6s时，
e＝100sin20π(1/6)V
＝－50 　V
新知应用
3、交变电流的变化规律
e=Emsinωt
感应电动势：
（Em为峰值，Em=NBSω）
路端电压：
电路中的电流：
u=Umsinωt
i=Imsinωt
4、交流发电机
1、交变电流
①交流电：
大小和方向都随时间做周期性变化
②直流电：
2、交变电流的产生
①线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动，产生E感
②线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。
③中性面：与磁场垂直的平面
特点：磁通量最大，E感=0，I感=0。
④与中性面垂直的平面：磁通量为0，E感最大，I感最大。
课堂小结
３、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　　　　．
２、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　　　　　　　．
１、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
新知巩固
４、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
新知巩固
５、交流发电机有两种，即　　　　　、　　　　　．其中转动的部分叫　　，不动的部分叫　　．发电机转子是由　 　、 　　　或其它动力机带动
旋转磁极式
旋转电枢式
转子
定子
水轮机
蒸汽轮机
新知巩固
6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ）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的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小
CD
新知巩固
拓展延伸： 产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生．　　①金属棒在平行于磁场方向的导轨上作圆周运动切割磁感线，也能产生正弦式交流电．　　②即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴．只要是绕垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电流仍是正弦式交流电．
新知巩固
课程结束
人教版高中物理选修二