人教版高中物理(选修3-2)第五章第一节5.1交变电流课件(共28张PPT)

三峡水电站交变电流交流发电机模型二、交变电流的产生故事一：英国财政大臣格拉斯与法拉第的对话“法拉第先生，它（电磁感应）到底有什么用呢？”“啊，阁下，也许要不了多久你就要对他收税了。”故事二：1831年10月28日，法拉第在第一次会议上展示了他发明的圆盘发电机。他是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上的第一台发电机。据说，在法拉第表演他的圆盘发电机时，一位贵妇人问道：“法拉第先生，这东西有什么用呢？”法拉第答到：“夫人，一个刚刚出生的婴儿有什么用呢？”发电机学习目标：1、知道什么是交变电流2、理解交变电流产生原理3、知道交变电流的变化规律一、交变电流1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流1下列表示交变电流的有（）iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teu根据交变电流的定义分析，是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化，而不是看大小．交变电流是如何产生的呢？二、交变电流的产生初识交变电流手摇发电机交流发电机模型二、正弦交变电流的产生1、发电机的基本构造线圈磁极•实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动二、交变电流的产生eoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt二、交变电流的产生交变电流产生条件：线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴转动B⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁场方向的平面叫做中性面。线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零(V//B)A(B)D(C)过程分析将立体图转化为平面图t=0B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向B到A线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大(V⊥B)A(B)D(C)t最大D(C)A(B)BB⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感应电流方向C到DV//BV⊥BD(C)A(B)B线圈平面与磁感线垂直的位置（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零（3）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（2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。中性面题型1对交变电流产生过程的理解如图所示是交流发电机的示意图。导学号09152200(1)当线圈处于如图甲所示中性面的位置时，线圈中的感应电流是多少？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？(2)当线圈处于如图乙所示与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边切割磁感线的速度有何特点？线圈中的感应电流是多少？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？4．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可知()A．在A、C时刻线圈处于中性面位置B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为πD．若从0时刻到D时刻经过0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次中性面时磁通量最大感应电动势为零感应电流为零中性面的垂面磁通量为零磁通量的变化率最大感应电动势最大感应电流最大T＝0.02s，则在1s内交变电流的方向改变1/0.02×2＝100次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象如图甲所示，则下列说法中正确的是()A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02s时刻，交变电动势达到最大D．该线圈产生的相应交变电动势的图象如图乙所示磁通量最大处于中性面磁通量为零变化率最大处于中性面磁通量最大变化率为零电动势为零2原理简图截面图推导经过时间t,线框切割磁感线时产生的电动势？(设从中性面开始转动，角速度为ω，边长加下标表示）三、交变电流的变化规律则有e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．三、交变电流的变化规律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（ab和cd边切割磁感线,ab和cd为L1,bc和ad为L2）tNBStLLNBesinsin21NBSEm令tvNBLesin2122LvtEemsinθt特别提醒：(1)瞬时值表达式与开始计时的位置有关．①若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt.②若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e＝Emcosωt.(2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关．wtEwtNBSwemsinsin瞬时电动势瞬时电流wtIwtRNBSwimsinsin总你能根据公式作出电流随时间变化的图象吗？三、交变电流的变化规律☆成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时et0Em-Emit0Im-Im四、交流电的图像e=Emsinωt(从中性面开始计时)四、交变电流的图象(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msineEt1、电动势按正弦规律变化2、电流按正弦规律变化msiniIt3、电压按正弦规律变化msinuUt电流i通过R时：mm.uiRUIR，maxnBSE三、交变电流的变化规律☆成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时题型3交变电流的变化规律如图所示，匀强磁场B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长lab＝0.2m，lbc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s绕OO′轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：导学号09152204(1)线圈中感应电动势随时间变化的表达式。(2)由t＝0至t＝T4过程中的平均电动势值。解析：(1)感应电动势的瞬时值e＝NBSωsinωt，由题可知：S＝lab·lbc＝0.2×0.5m2＝0.1m2Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝314V所以e＝314sin100πt(V)(2)用E＝NΔΦΔt计算t＝0至t＝T4过程中的平均电动势E＝N|Φπ2－Φ0|T4－0＝N|0－BS|T4＝4NBS2πω答案：(1)e＝314sin100πt(V)(2)200V点评：要理解平均电动势既不是最大电动势值的一半，也不是等于历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解。即E＝2πNBSω代入数值得E＝200V