高中物理选修第二册《1 交变电流》优质教学课件-统编人教版.ppt

3.1 交变电流思考：恒定电流有什么特点？思考：恒定电流有什么特点？直流电直流电(DC)(DC)：电流电流方向不方向不随时间而随时间而改变改变恒定电流恒定电流:大小和方向都不随时间大小和方向都不随时间 变化的电变化的电流流.一、交变电流一、交变电流(AC)交变电流交变电流(交流交流):):大小和方向都随大小和方向都随时间做周期性变化的电流时间做周期性变化的电流.交流发电机简介按下图所示进行实验按下图所示进行实验演示演示二、交变电流的产生二、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 我们将立体图转化为平面图来分析几个特殊我们将立体图转化为平面图来分析几个特殊的位置，推导出计算感应电动势和电流的公式的位置，推导出计算感应电动势和电流的公式.特点：特点：BSBS，最大，最大，E=0,I=0E=0,I=0没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线(甲甲)参考：教材图参考：教材图3.1-3 甲甲中性面：中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面特点：特点：BSBS，=0=0，E E最大，最大，I I最大，最大，感应电流方向感应电流方向b b到到a aA A（B B）、）、D D（C C）边垂）边垂直切割磁感应线，直切割磁感应线，(乙乙)参考：教材图参考：教材图3.1-3 乙乙 BS BS，最大，最大，E=0,I=0E=0,I=0 中性面中性面(丙丙)参考：教材图参考：教材图3.1-3 丙丙BSBS，=0=0，E E最大，最大，I I最大，最大，感应电流方向感应电流方向a a到到b b(丁丁)参考：教材图参考：教材图3.1-3 丁丁(甲)(乙)(丙)(丁)E I ，电流方向：.E ,I ,.E I ，电流方向：.=0=0有最大值有最大值有最大值a b有最大值有最大值baE ,I ,.=0=0有最大值思思考考：设设正正方方形形线线圈圈的的边边长长为为L L，在在匀匀强强磁磁场场B B中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的对对称称轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图所所示示，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为OO1 1、线圈转动一周，电流方向改、线圈转动一周，电流方向改变多少次？变多少次？2 2、线圈转到什么位置时磁通量、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大最大？这时感应电动势是最大还是最小？还是最小？3 3、线圈转到什么位置时磁通量、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大最小？这时感应电动势是最大还是最小？还是最小？回答问题：回答问题：4 4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。

试推导感应电动势大小的变化规律公式思思考考：设设正正方方形形线线圈圈的的边边长长为为L L，在在匀匀强强磁磁场场B B中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的对对称称轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图所所示示，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为OO1 1、线圈转动一周，电流方、线圈转动一周，电流方向改变多少次？向改变多少次？回答问题：回答问题：线圈经过中性面时，电流线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动将改变方向，线圈转动一一周周，两次两次经过中性面，电经过中性面，电流方向改变流方向改变两次两次思思考考：设设正正方方形形线线圈圈的的边边长长为为L L，在在匀匀强强磁磁场场B B中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的对对称称轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图所所示示，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为OO2 2、线圈转到什么位置、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时时磁通量最大？这时感应电动势是最大还感应电动势是最大还是最小？是最小？回答问题：回答问题：线圈经过线圈经过中性面中性面时，穿过时，穿过线圈的线圈的磁通量最大磁通量最大，但磁通，但磁通量的变化率为零（量的变化率为零（ab和和cd边边都不切割磁感线），线圈中都不切割磁感线），线圈中的的电动势为零电动势为零思思考考：设设正正方方形形线线圈圈的的边边长长为为L L，在在匀匀强强磁磁场场B B中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的对对称称轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图所所示示，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为OO3 3、线圈转到什么位置、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最应电动势是最大还是最小？小？回答问题：回答问题：线圈经过线圈经过峰值面峰值面时，穿过时，穿过线圈的线圈的磁通量最小磁通量最小，但磁通，但磁通量的变化率最大（量的变化率最大（ab和和cd边边都不切割磁感线），线圈中都不切割磁感线），线圈中的的电动势最大电动势最大思思考考：设设正正方方形形线线圈圈的的边边长长为为L L，在在匀匀强强磁磁场场B B中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的对对称称轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图所所示示，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为OO回答问题：回答问题：4 4、试推导感应电动势大、试推导感应电动势大小的变化规律公式。

小的变化规律公式设线圈平面从中性面开始转动，角速度是设线圈平面从中性面开始转动，角速度是经过时间经过时间t，线圈转过的角，线圈转过的角度是度是t，ab边的线速度边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于的方向跟磁感线方向间的夹角也等于t，如图所，如图所示设ab边长为边长为L1，bc边长边长L2，磁感应强度为，磁感应强度为B，这时，这时ab边产生的感应边产生的感应电动势多大电动势多大?eab=BL1vsint=BL11/2L2sint=1/2NBSsint此时整个线框中感应电动势多大此时整个线框中感应电动势多大?e=eab+ecd=NBSsint若线圈有若线圈有N匝时，相当于匝时，相当于N个完全相同的电源串联，个完全相同的电源串联，e=NBSsint，令，令Em=NBS，叫做感应电动势的峰值，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应叫做感应电动势的瞬时值电动势的瞬时值根据部分电路欧姆定律，电压的最大值根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值，电压的瞬时值U=Umsint成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时（1）电动势按正弦规律变化（2 2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化（3）电路上的电压按正弦规律变化 电流通过R时：三、交流电的三、交流电的图像图像 abcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四四.交变电流的种类交变电流的种类 乙乙：示示波波器器中中的的锯齿波扫描电压锯齿波扫描电压 丙丙：电电子子计计算算机机中的矩形脉冲中的矩形脉冲 丁丁：激激光光通通信信中的尖脉冲中的尖脉冲 甲甲：家家庭庭电电路路中中的正弦交变电流的正弦交变电流 1 1、交变电流交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。

大小和方向都随时间作周期性变化的电流3 3、交变电流的变化规律：、交变电流的变化规律：（1 1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，一次，感应电流的感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电流，感应电流的方向改变的方向改变两次两次2 2）大小变化规律）大小变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：变化：e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最大值 小结小结2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动巩固练习巩固练习、交变电流：、交变电流：和和 都随时间都随时间 做做 的电流叫做交变电流的电流叫做交变电流 电电压压和和电电流流随随时时间间按按变变化化的的交流电叫正弦交流电交流电叫正弦交流电、交交流流电电的的产产生生：矩矩形形线线圈圈在在匀匀强强磁磁场场中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的中中心心轴轴匀匀速速旋旋转转时时，线线圈圈中就会产生中就会产生、当当线线圈圈平平面面垂垂直直于于磁磁感感线线时时，线线圈圈各各边边都都 不不切切割割磁磁感感线线，线线圈圈中中没没有有感感应应电电流流，这这样样的的位位置置叫叫做做线线圈圈平平面面每每经经过过 中中性性面面一一次次，感感应应电电流流方方向向就就改改变变一一次次，因因此此线线圈圈转转动动一一周周，感感应应电电流流方方向向改改变变 大小大小方向方向周期性变化周期性变化正弦规律正弦规律感应电流感应电流中性面中性面两次两次、线线圈圈从从中中性性面面开开始始转转动动，角角速速度度是是，线线圈圈中中的的感感应应电电动动势势的的峰峰值值是是E Emm，那那么么在在任任 一一 时时 刻刻 t t感感 应应 电电 动动 势势 的的 瞬瞬 时时 值值 e e为为 若若线线圈圈电电阻阻为为，则则感感应应电电流流的的瞬瞬时时值值为为0Em e-Em te=E Em msintsinti=(E Em m/R/R)sintsint5.5.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。

设线圈矩形线圈在匀强磁场中匀速转动设线圈abab边长为边长为20cm20cm，adad边长为边长为10cm10cm，磁感应强度，磁感应强度 B=0.01TB=0.01T，线圈的转速，线圈的转速n=50r/sn=50r/s，求：电动势，求：电动势的最大值及对应的线圈位置的最大值及对应的线圈位置0.0628V 0.0628V 线圈平面与磁场方向平行线圈平面与磁场方向平行6.6.如图所示：匝数为如图所示：匝数为NN、面积、面积为为S S的矩形线圈在匀强磁场的矩形线圈在匀强磁场B B中中匀速转动，角速度为匀速转动，角速度为，求线，求线圈从图示位置转过圈从图示位置转过180180度时间度时间内的平均感应电动势内的平均感应电动势E平均=S2N B/7 7、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即 和和其其中中转转动动的的部部分分叫叫，不不动动的的部部分分叫叫发发电电机机转转子子是是由由、或或其其它它动动力力机带动机带动旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋转电枢式转子转子定子定子水轮机水轮机蒸汽轮机蒸汽轮机8、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间随时间t的变化如图所示。

的变化如图所示下面说法中正确的是下面说法中正确的是（）At1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大D9、在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面、在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度开始绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为动时，产生的交变电动势可以表示为e=Emsint现在把线圈的转速增为原来的现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象其相对应的交变电动势随时间变化的图象解析：当线圈的转速增为解析：当线圈的转速增为2倍时，角速度变倍时，角速度变为两倍，即为两倍，即=2，据交变电动势的峰值表，据交变电动势的峰值表达式达式Em=BS，因，因B、S不变，此时最大值不变，此时最大值 Em=BS2=2Em。

现在的交变电动势的瞬时值表达式为：现在的交变电动势的瞬时值表达式为：e=Emsint。