交變電流課件

1、高中物理新人教版選修３-２系列課件,第五章《交變電流》,第一節(jié)《交變電流》,教 學(xué) 目 標(biāo),（一）知識與技能1．使學(xué)生理解交變電流的產(chǎn)生原理，知道什么是中性面。2．掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。3．理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義。（二）過程與方法1．掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。2．培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖形的能力。3．培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)

2、學(xué)知識解決物理問題的能力。,（三）情感、態(tài)度與價值觀通過實驗觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，體會運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的重要性教學(xué)重點交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。教學(xué)難點交變電流的變化規(guī)律及應(yīng)用。 教學(xué)方法 演示法、分析法、歸納法 教學(xué)手段 手搖單相發(fā)電機、小燈泡、示波器、多媒體教學(xué)課件、示教用大的電流表,1、直流電流(DC),方向不隨時間變化的電流,2、交變電流(AC),大小和方向都隨時間做周期性變化的電

3、流,一、交變電流的概念,交變電流可以變成直流！,交變電流是如何產(chǎn)生的呢？,交流發(fā)電機模型,二、交變電流的產(chǎn)生,做一做,,,1、線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,二、交變電流的產(chǎn)生,,2、過程分析,（1）在線圈轉(zhuǎn)動的過程中，那些邊會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢？,ab邊 cd邊,（2）怎樣將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖？,,將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖,,（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？

4、 丙轉(zhuǎn)到丁呢？,（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。]有電流）？ 線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最大？,由a→b,由b→a,B⊥S,Φ最大,E=0,I=0,中性面,垂直磁場方向的平面叫做中性面。,線圈經(jīng)過中性面時，Φ最大，但線圈中的電動勢為零,2、過程分析,(V // B),,N,S,,S,N,,a,b,c,d,a,d,判斷此位置有沒有感應(yīng)電流，方向怎么樣？,B∥S,Φ=0,E最大,I最大,感應(yīng)電流方向a到b,線圈

5、與磁場平行時，Φ最小，但線圈中的電動勢最大,(V⊥B),判斷此位置有沒有感應(yīng)電流，方向怎么樣？,N,S,S,N,,,,B⊥S,Φ最大,E=0,I=0,中性面,B∥S,Φ=0,E、I最大,感應(yīng)電流方向b到a,V // B,V⊥B,,（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，AB邊中電流向哪個方向流動？ 丙轉(zhuǎn)到丁呢？,（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。]有電流）？ 線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流

6、最大？,由a→b,由b→a,線圈轉(zhuǎn)到甲、丙位置時線圈中沒有電流； 轉(zhuǎn)到乙、丁位置時線圈中電流最大！,線圈轉(zhuǎn)動一周，多少次經(jīng)過中性面?電流方向改變多少次?,思考與討論,,,1.中性面：垂直磁場方向的平面．（1）線圈經(jīng)過中性面時，穿過線圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd邊都不切割磁感線），線圈中的感應(yīng)電動勢為零．（2）線圈經(jīng)過中性面時，電流將改變方向，線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改

7、變兩次．2.線圈平行與磁感線時，φ=0,△φ/△t最大，感應(yīng)電動勢最大。,以線圈經(jīng)過中性面開始計時，切割邊L1，另一邊L2,推導(dǎo)任意時刻t線圈中的感應(yīng)電動勢（演示 ）,∴,令,則有,e為電動勢在時刻t的瞬時值，Em為電動勢的最大值（峰值）NBSω,=NBSω,三、交變電流的變化規(guī)律,1、電動勢按正弦規(guī)律變化,2、電流按正弦規(guī)律變化,3、電壓按正弦規(guī)律變化,電流i通過R時：,成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強磁場，經(jīng)中性面時開始計時,,,,,,

8、,四、交流電的圖像,,,四、交流電的圖像,,,,e,t,0,,,Em,-Em,,,,,,i,t,0,,,Im,-Im,,,(1)正弦交流電,(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓,(3)電子計算機中的矩形脈沖,(4)激光通信中的尖脈沖,五、交變電流的種類,２、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時，線圈中就產(chǎn)生　　　　　 ．,１、交變電流：　　　和 　都隨時間做 的電流叫做交變電流．電

9、壓和電流隨時間按　　　變化的交流電叫正弦交流電,大小,方向,正弦規(guī)律,正弦交流電,周期性變化,課堂練習(xí),３、當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時，線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這樣的位置叫做　　　　．線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，因此線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向改變　　　?。?中性面,兩次,４、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω，線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值是Em，那么在任一時刻t感應(yīng)電動勢的瞬時值e為　　　　　　．若

10、電路總電阻為Ｒ，則感應(yīng)電流的瞬時值Ｉ為　 　　　 ．,e=Emsinωt,i=(Em/R)·sinωt,六、交流發(fā)電機,,1、組成：①用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈（叫電樞） ②用來產(chǎn)生磁場的磁極 2、種類 ①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機 ②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機轉(zhuǎn)動的部分叫轉(zhuǎn)子，不動的部分叫定子,５、交流發(fā)電機有兩種，

11、即　　　　　　、　　　　．其中轉(zhuǎn)動的部分叫　　　，不動的部分叫　　　．發(fā)電機轉(zhuǎn)子是由　　　　、　　　　　或其它動力機帶動,旋轉(zhuǎn)磁極式,旋轉(zhuǎn)電樞式,轉(zhuǎn)子,定子,水輪機,蒸汽輪機,6、一矩形線圈,繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動,線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化如圖所示,下面說法中正確的是A.t1時刻通過線圈的磁通量為零B.t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大C.t3時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大D.每當(dāng)e變換方向時

12、，通過線圈的磁通量絕對值最小,C,1、知道交變電流定義（AC）：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流。方向不隨時間變化的電流為直流電（DC）。辨析電流圖。,3、推導(dǎo)和理解交變電流的變化規(guī)律：（重難點）（1）方向變化規(guī)律----線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。 φ 最大，△φ/△t =0最小，感應(yīng)電動勢最小E=0,（2）大小變化規(guī)律----按正弦規(guī)律變化：（能畫出瞬時線速度分解圖

13、） e=Emsinωt Em=NBSω叫電動勢的最大值（峰值） i=Imsinωt Im=Em/R+r 叫電流的最大值（峰值） u=Umsinωt Um=ImR 叫電壓的最大值（峰值）,,5.1交變電流 小結(jié),2、理解交變電流產(chǎn)生的過程：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流。能畫出四幅過程圖。 垂直磁場方向的平

14、面叫做中性面。 （重點）,,電流通過R時：,1．在如圖所示的幾種電流隨時間變化的圖線中，屬于交變電流的是 ，屬于正弦交變電流的是 。,,,A,B,C,D,,,A B D,A,三、課堂練習(xí),,2 一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是( )：,T1時刻通過線圈的磁通量為零；T2時刻通

15、過線圈的磁通量的絕對值最大；T3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大；每當(dāng)e變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。,答案： D,1. 矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動。設(shè)線圈ab邊長為20cm，ad邊長為10cm，磁感應(yīng)強度 B=0.01T，線圈的轉(zhuǎn)速n=50r/s，求：電動勢的最大值及對應(yīng)的線圈位置。,0.0628V 線圈平面與磁場方向平行。,,2. 如圖所示：匝數(shù)為N、面積為S的矩形線圈在勻強磁場B中勻速

16、轉(zhuǎn)動，角速度為ω，求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180度時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢。,練習(xí),一臺發(fā)電機在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機電動勢的峰值為Em=400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω=314rad/s，試寫出電動勢瞬時值的表達式。如果這個發(fā)電機的外電路只有電阻元件，總電阻為2000Ω，電路中電流的峰值是多少？寫出電流瞬時值的表達式。,e=EmsinWt=400sin314t,解：,電動勢瞬時值的表達式為：,電流峰值為：,Im=Em/R=40

17、0÷2000=0.2A,電流瞬時值的表達式為：,i=ImsinWt=2sin314t,4、 一臺發(fā)電機產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動勢的最大值為311V，線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度100πrad/s。 （1）寫出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式。 （2）若該發(fā)電機只與含電阻的負載組成閉合電路，電路的 總電阻為100Ω，試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式，在t=1/120s時電流強度的瞬時值為多少？,（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過180度的

18、過程中，電動勢的最大值、平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動過程中磁通量的變化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100πt （2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）,（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）,,,(甲),(乙),(丙),(丁),E I

19、 ，電流方向： .,E , I , Φ .,E I ，電流方向： .,=0,=0,有最大值,有最大值,有最大值,a —>b,有最大值,有最大值,b—>a,E , I