3.2 交变电流的产生 课件(共24张PPT) 高二下学期物理鲁科版(2019)选择性必修第二册

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3.2 交变电流的产生 课件(共24张PPT) 高二下学期物理鲁科版(2019)选择性必修第二册

资源简介

(共24张PPT)
第三章 交变电流与远距离输电
2.交变电流的产生
教学目标
CONTENT
01
02
03
掌握正弦式交变电流的变化规律
掌握正弦式交变电流的产生原理
掌握交流发电机的基本原理
新课引入
交变电流的大小和方向都随时间发生变化。它究竟是怎样产生的呢?
本节我们将从电流的产生原理入手,学习其变化规律。
交流发电机结构
交流发电机

知能提升
1.构造:
①产生感应电动势的线圈。
②产生磁场的磁体。
2.分类:
①旋转电枢式发电机:电枢转动,磁极不动。
②旋转磁极式发电机:磁极转动,电枢不动。
③转动的部分叫转子,不动的部分叫定子。
迷你实验室:
用发电机产生交变电流
现象:线圈每转动一周,电流方向改变两次。
能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机,称为交流发电机。
实验演示:
观察交变电流的方向
说明:教学用发电机发出的方向作周期性变化的电流,也就是交流电。
1、在线圈由甲转到乙的过程中,AB边中电流向哪个方向流动?
2、在线圈由丙转到丁的过程中,AB边中电流向哪个方向流动?
3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流,转到什么位置时线圈中电流最大
4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线,从E经过负载流向F的电流记为正,反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
B⊥S
Φ最大
E=0
I=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。
将立体图转化为平面图
过程分析:
B
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)
垂直中性面
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C到D
v // B
v⊥B
正弦式交变电流的产生原理

知能提升
1.中性面:线圈平面与磁感线垂直的位置。
2.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。
4.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。
3.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。
e
O
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2

ωt
t
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
Em
正弦式交变电流的变化规律

如图所示,线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动,角速度为ω.ab和cd长为l,ad和bc长为d.
经过时间t,线圈转过的角度θ=ωt
ab与cd的速度v=ω
与磁感线垂直的速度为vsin θ= ωsin ωt
vsin θ
vsin θ
ab与cd切割产生电动势叠加,根据动生电动势公式:e=2Blvsin θ= ωBldsin ωt= ωBSsin ωt
若线框有N匝: e=NωBSsin ωt
设: Em=NωBS
e=Emsin ωt
知能提升
1.电动势按正弦规律变化: e=Emsin ωt
2.电流按正弦规律变化: i=Imsin ωt
3.电路上的电压按正弦规律变化: u=Umsin ωt
电流i=Imsin ωt通过R时:u=iR,Um=ImR
成立条件:转轴垂直匀强磁场,经中性面时开始计时
Em 、 Im、Um分别是电动势、电流和电压的最大值,也叫峰值
B
在不同的时刻,e有不同的数值,称为瞬时值
4. 在只含有电阻的交流电路中,欧姆定律也适用
t
0
Um
-Um
i
t
0
Im
-Im
U
i=sin ωt =Imsin ωt
u=iR=Umsin ωt
典例精析
例1:线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向),当转到如图所示位置时,磁通量和感应电动势大小的变化情况是(  )
A.磁通量和感应电动势都在变大
B.磁通量和感应电动势都在变小
C.磁通量在变小,感应电动势在变大
D.磁通量在变大,感应电动势在变小
解析:由题图可知,Φ=Φmcos θ,e=Emsin θ,所以磁通量变大,感应电动势变小
D
例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像如图甲所示,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像如图乙所示
解析:t=0时刻,磁通量最大,线圈处于中性面位置,A错误;
t=0.01s时刻,磁通量为零,斜率最大, Φ变化率最大,B正确;
t=0.02s时刻,处于中性面位置,磁通量最大,变化率为零,电动势为零,C错误;
B
该线圈产生的交变电动势应该是正弦函数,D错误
课堂小结
一、 交流发电机
二、 正弦式交变电流的产生原理
三、 正弦式交变电流的变化规律
e=Emsin ωt
i=Imsin ωt
u=Umsin ωt
1.如图所示,面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动,能产生正弦交变电动势e=BSωsin ωt的图是(  )
解析:线圈只有在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,且从中性面开始计时,产生的电动势e=BSωsin ωt,由此判断,只有A选项符合
A
跟踪练习
2.如图所示,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(  )
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
解析:由 e=BSωsin ωt,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
CD
3.线圈在匀强磁场中匀速转动,产生交流电的图像如图所示,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.在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
D.在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
D
Em=50 V
由ω=2πf=100π rad/s 得f=50 Hz
4.某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin 100πt(V).对此电动势,下列表述正确的有(  )
A.最大值是50 V     B.频率是100 Hz
C.有效值是25 V D.周期是0.02 s
CD
T=1/f=0.02 s
本节内容结束

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