3.1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(共24张PPT)

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3.1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(共24张PPT)

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(共24张PPT)
3.1 交变电流
用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形,再观察家用电源供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点
新课导入
一、交变电流
t
I
0
t
I
0
①交流电:
大小和方向都随时间做周期性变化
②直流电:
方向不随时间变化
大小
不变
变化
(恒定电流)
下列五个图,哪些是描述交变电流的 判断依据是什么
C和E是交变电流,判断依据是大小和方向随时间周期性变化。
探究
二、交变电流的产生
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动
滑环
电刷
1.发电机的结构
线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动
A
B
D
C
B⊥S
Φ最大
E=0
I=0
线圈经过中性面时,Φ最大,但线圈中的电动势为零
A(B)
D(C)
将立体图转化为平面图
二、交变电流的产生过程分析
中性面:线圈平面与磁感线垂直的位置
没有边切割磁感应线
二、交变电流的产生过程分析
B∥S
Φ=0
E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
A(B)
D(C)
A(B)、D(C)边垂直切割磁感线
二、交变电流的产生过程分析
B⊥S
Φ最大
E=0
I=0
中性面
B∥S
Φ=0
E、I最大
感应电流方向A 到B
D(C)
A(B)
B
D(C)
A(B)
B
1、线圈经过中性面(B⊥S)时,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零( ab和cd边都不切割磁感线),线圈中的电动势为零.
2、线圈经过垂直中性面(B//S)时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大,感应电动势最大.
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.
中性面
线圈平面与磁感线垂直的位置
二、交变电流的产生
三、交变电流的变化规律
v//
v⊥
B
A
C
D
l
d
①线圈与中性面的夹角是多少?
②AB边的速度多大?
③AB边切割磁感线的有效速度多大?
θ=ωt
④AB边中的感应电动势多大?
⑤线圈中的感应电动势多大?
v//
v⊥
B
A
C
D
l
d
e=eAB+eDC
线圈的面积:S=ld
e=ωBSsinωt
1、电动势按正弦规律变化
2、电流按正弦规律变化
3、电压按正弦规律变化
成立条件:
转轴垂直匀强磁场,经中性面时开始计时
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=Umsinωt
三.交变电流的变化规律
令Em=nωBS
电流     通过R时:
电流的最大值:Im=Em/(R+r)
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,
电路中电流的峰值是多少?写出电流瞬时值的表达式。
e=Emsinωt=400sin314t(V)
电动势瞬时值的表达式为:
电流峰值为:
Im=Em/R=400÷2000A=0.2A
电流瞬时值的表达式为:
i=Imsinωt=0.2sin314t(A)
3
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
四、正弦式交变电流的图象
五、几种常见的交变电流

1.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和C时刻线圈处于中性面位置
B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C.A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
D.A和C时刻磁通量变化率绝对值最大
中性面时
磁通量最大
感应电动势为零
感应电流为零
与磁感线平行时
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
2一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=0.01 s时刻,Φ的变化率最大
C.t=0.02 s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
A.匀强磁场的磁感应强度
B.线框的面积
C.穿过线框的磁通量的最大值
D.线框转动的角速度
由 e=BSωsinωt,可得ω=20 rad/s
由 BSω=0.5可求出BS数值,即磁通量的最大值Φm=BS
3.如图,一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,转动过程中线框中产生的
感应电动势的瞬时值为e=0.5sin(20t) V,
由该表达式可推知以下哪些物理量(  )
1、交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流。
3、交变电流的变化规律:
(1)方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次;线圈转动一周,感应电流的方向改变两次。
(2)大小变化规律-------按正弦规律变化:
e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值
i=Imsinωt Im=Em/(R+r)叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值
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
1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变电流的波形如图所示,下列说法中正确的是 ( )
A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C.在t3时刻通过线圈的磁通量的变化率达到峰值
D.在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
BC
t
0
t1
t2
t3
t4
i
课堂练习
2、如图所示,ab边长为20cm,ad边长为10cm的矩形单匝线圈,磁场的磁感应强度B=0.2T,线圈转速n=100r/s.求:
(1)线圈产生的感应电动势的最大值;
(2)若从中性面计时,经过 s时线圈电动势的瞬时值是多大?
课堂练习
3.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt ,如果线圈的角速度ω提高1倍,其它条件不变,则电动势的变化规律将变化为( )
A、e=Emsinωt B、e=2Emsinωt
C、e=2Emsin2ωt D、e=2Emsin4ωt
C
巩固练习:

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