高中物理第二章交变电流1交变电流.pptx

1,交变,电流,第二章交变电流,1/31,1.,了解交变电流、直流概念，会观察交流电波形图,.,2.,了解正弦式交变电流产生，掌握交流电产生原理,.,3.,知道交变电流改变规律及表示方法,.,目标定位,2/31,二、正弦式交变电流产生,三、正弦式交变电流描述,栏目索引,一、交变电流,对点检测 自查自纠,3/31,一、交变电流,知识梳理,1.,交变电流：大小和方向都随时间做,电流叫做交变电流，简称交流,.,2.,直流：,不随时间改变电流称为直流，,都不随时间改变电流称为恒定电流,.,3.,正弦式交变电流：电流随时间按,规律改变交变电流,.,这是一个最简单、最基本交变电流,.,答案,周期性改变,方向,大小和方向,正弦函数,4/31,【,深度思索,】,(1),交变电流大小一定是改变吗？,答案,交变电流大小不一定改变，如方波交变电流，其大小是不变,.,答案,(2),交变电流与直流电最大区分是什么？,答案,交变电流与直流电最大区分在于交变电流方向发生周期性改变，而直流电方向不变,.,5/31,典例精析,例,1,如图所表示图像中属于交变电流有,(,),解析,选项,A,、,B,、,C,中,e,方向均发生了改变，故它们属于交变电流，,但不是正弦式交变电流；选项,D,中,e,方向未改变，故是直流,.,ABC,返回,解析答案,解题技巧,6/31,解题技巧,判断电流是交变电流还是直流应看方向是否改变，只有方向发生周期性改变电流才是交流电,.,返回,7/31,二、正弦式交变电流产生,知识梳理,1.,产生：如图,1,所表示，在匀强磁场中线圈绕垂直于,轴,转动时，产生交变电流,.,图,1,答案,磁感线,匀速,8/31,2.,两个特殊位置：,(1),中性面,(,S,B,位置，如图,1,中甲、丙,),线圈平面与磁场垂直位置，此时,，,为,，,e,为,，,i,为,.,(,填,“,最大,”,或,“,0,”,),线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变,次,.,最大,0,0,0,两,答案,9/31,(2),垂直中性面位置,(,S,B,位置，如图,1,中乙、丁,),此时,为,，,，,e,，,I,.(,填,“,最大,”,或,“,0,”,),答案,0,最大,最大,最大,10/31,【,深度思索,】,假如将图,1,中线圈,ABCD,换为三角形，轴,OO,也不在中心位置，其它条件不变，还能产生交变电流吗？,答案,能，因为图中产生交变电流关键原因是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴位置和线圈形状没有特定要求,.,答案,11/31,解析,由交变电流产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈形状及转轴位置没有尤其要求,.,故选项,B,、,C,、,D,正确,.,典例精析,例,2,如图中哪些情况线圈中产生了交变电流,(,),解析答案,BCD,12/31,返回,例,3,关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生正弦式电流，正确说法是,(,),A,线圈每转动一周，感应电流方向改变一次,B,线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次,C,线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次,D,线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次,解析,感应电动势和感应电流方向，每经过中性面时改变一次，每个周期内方向改变两次，故选,D.,D,解析答案,13/31,三、正弦式交变电流描述,知识梳理,1.,交变电流瞬时值表示式推导,线圈平面从中性面开始转动，如图,2,所表示，则经过,时间,t,：,(1),线圈转过角度为,t,.,(2),ab,边线速度跟磁感线方向夹角,.,(3),ab,边转动线速度大小：,图,2,t,答案,14/31,(4),ab,边产生感应电动势,(,设线圈面积为,S,),(5),整个线圈产生感应电动势：,e,2,e,ab,，,若线圈为,n,匝，则,e,.,由上式能够看出，其感应电动势大小和方向都随时间,t,做周期性改变，即线圈中交变电流按,规律改变，这种交变电流叫做正弦式交变电流,.,BS,sin,t,答案,nBS,sin,t,正弦函数,e,ab,BL,ab,v,sin,_.,15/31,2.,对瞬时值表示式了解,写瞬时值表示式时必须明确是从中性面计时，还是从与中性面垂直,(,B,S,),位置计时,.,(1),从中性面计时：,e,.,(2),从与中性面垂直位置计时：,e,.,3.,正弦式交变电流峰值,(1),转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直,.,当线圈平面与磁场平行时，线圈中感应电动势到达峰值，且满足,E,m,.,(2),决定原因：由线圈匝数,n,、磁感应强度,B,、转动角速度,和线圈面积,S,决定，与线圈形状无关，与转轴位置无关,.,答案,E,m,sin,t,E,m,cos,t,nBS,16/31,如图,3,所表示几个情况中，假如,n,、,B,、,、,S,均相同，则感应电动势峰值均为,E,m,nBS,.,图,3,4.,正弦式交变电流图像,如图,4,所表示，从图像中能够解读到以下信息：,图,4,17/31,(1),交变电流峰值,E,m,、,I,m,和周期,T,.,(2),两个特殊值对应位置：,e,0(,或,i,0),时：线圈位于中性面上；,e,最大,(,或,i,最大,),时：线圈平行于磁感线,.,(3),分析判断,e,、,i,大小和方向随时间改变规律,.,18/31,【,深度思索,】,(1),若从垂直中性面位置,(,或,B,S,位置,),开始计时，电动势表示式还是按正弦规律改变吗？,答案,不是，按余弦规律改变,.,(2),为何线圈转到中性面时磁通量最大而感应电动势和感应电流为零？,答案,因为线圈转到中性面时，即使经过线圈磁通量最大，但线圈各边速度方向都与磁感线平行，不切割磁感线，磁通量改变率为零，故感应电动势和感应电流为零,.,答案,19/31,解析,由题可知：,S,l,ab,l,bc,0.2,0.5 m,2,0.1 m,2,，,感应电动势峰值,E,m,nBS,100,0.1,0.1,100 V,100 V,314 V.,典例精析,例,4,如图,5,所表示，匀强磁场磁感应强度,B,0.1 T,，所用矩形线圈匝数,n,100,，边长,l,ab,0.2 m,，,l,bc,0.5 m,，以角速度,100 rad/s,绕,OO,轴匀速转动,.,试求：,(1),感应电动势峰值；,图,5,答案,314 V,解析答案,20/31,(2),若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，线圈中瞬时感应电动势表示式；,解析,若从线圈平面垂直磁感线时开始,计时，感应电动势瞬时值,e,E,m,sin,t,(3),若从线圈平面平行磁感线时开始计时，,求线圈在,t,时刻感应电动势大小,.,解析,若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势瞬时值表示式为,e,E,m,cos,t,，代入数据得,e,314cos(100,t,)V,答案,e,314sin(100,t,)V,答案,157 V,解析答案,总结提升,所以,e,314sin(100,t,)V.,21/31,总结提升,写瞬时值时必须明确是从中性面开始计时，还是从与中性面垂直位置开始计时,.,(,1,),从中性面开始计时，,e,E,m,sin,t,；,(,2,),从与中性面垂直位置开始计时，,e,E,m,cos,t,.,22/31,例,5,线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流图像如图,6,所表示，由图可知,(,),A.,在,A,和,C,时刻线圈处于中性面位置,B.,在,B,和,D,时刻穿过线圈磁通量为零,C.,从,A,时刻到,D,时刻线圈转过角度为,弧度,D.,在,A,和,C,时刻磁通量改变率绝对值最大,图,6,解析,当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，,B,、,D,两时刻线圈位于中性面位置,.,当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量改变率最大，感应电动势最大，感应电流最大，,A,、,C,时刻线圈平面与磁感线平行，,D,正确,.,从,A,时刻到,D,时刻线圈转过角度为,弧度,.,故选,D.,解析答案,D,总结提升,返回,23/31,返回,总结提升,依据图像找出线圈位于中性面位置时对应时刻，然后依据中性面性质进行判断,.,24/31,对点检测 自查自纠,1,2,3,4,解析答案,1.(,交变电流产生及规律,)(,多项选择,),如图,7,所表示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向转轴,OO,以恒定角速度,转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，,则在,0,这段时间内,(,),A.,线圈中感应电流一直在减小,B.,线圈中感应电流先增大后减小,C.,穿过线圈磁通量一直在减小,D.,穿过线圈磁通量改变率一直在减小,图,7,25/31,1,2,3,4,解析,题图位置，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，因为,，,在,0,时间内线圈转过四分之一个周期，感应电流从最大减小为零，穿过线圈磁通量逐步增大，穿过线圈磁通量改变率一直在减小,.,答案,AD,26/31,2.(,正弦式交变电流图像,),一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线轴匀速转动，穿过线圈磁通量随时间改变图像如图,8,甲所表示，则以下说法中正确是,(,),A.,t,0,时刻，线圈平面与中性面垂直,B.,t,0.01 s,时刻，,改变率最大,C.,t,0.02 s,时刻，感应电动势到达最大,D.,该线圈产生对应感应电动势图像如图乙所表示,1,2,3,4,解析答案,图,8,解析,由题图甲可知,t,0,时刻，线圈磁通量最大，线圈处于中性面，,t,0.01 s,时刻，磁通量为零，但改变率最大，所以,A,项错误，,B,项正确,.,t,0.02 s,时，感应电动势应为零，,C,、,D,项均错误,.,B,27/31,1,2,3,4,3.(,交变电流规律,),交流发电机工作时电动势为,e,E,m,sin,t,，若将发电机转速提升一倍，同时将电枢所围面积减小二分之一，其它条件不变，则其电动势变为,(,),解析答案,解析,感应电动势瞬时值表示式,e,E,m,sin,t,，而,E,m,nBS,，当,加倍而,S,减半时，,E,m,不变，故正确答案为,C.,C,28/31,1,2,3,4,4.(,正弦式交变电流描述,),有一,10,匝正方形线框，边长为,20 cm,，线框总电阻为,1,，线框绕,OO,轴以,10 rad/s,角速度匀速转动，如图,9,所表示，垂直于线框平面向里匀强磁场磁感应强度为,0.5 T.,求：,(1),该线框产生交变电流电动势最大值、电流最大值分,别是多少；,解析答案,图,9,答案,6.28 V,6.28 A,解析,交变电流电动势最大值为,E,m,nBS,10,0.5,0.2,2,10 V,6.28 V,，,29/31,1,2,3,4,(2),线框从图示位置转过,60,时，感应电动势瞬时值是多大,.,解析答案,返回,解析,线框从图示位置转过,60,时，感应电动势,e,E,m,sin 60,5.44 V.,答案,5.44 V,30/31,本课结束,31/31,