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新人教版选修3_220190124115.pptx

1、3.2 交变电流,3.2.1 交变电流,一、交变电流 1.交变电流:大小和方向都随时间做_变化的电流叫做交变电流,简称交流(AC)。 2.直流:_不随时间变化的电流称为直流(DC),_都不随时间变化的电流称为恒定电流。,周期性,方向,大小和方向,思考判断(1)交变电流的大小一定随时间变化。( )(2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。 ( )(3)交变电流的大小可以不变,但方向一定随时间周期性变化。 ( )(4)交变电流不稳定,很容易“烧坏”家用电器。 ( ),二、交变电流的产生 1.正弦式交变电流的产生条件:将闭合矩形线圈置于_磁场中,并绕_磁场方向的轴_转动。如图1所示。图1,匀强

2、,垂直,匀速,2.两个特殊位置(1)中性面:线圈平面与磁感线_时的位置。(SB位置,如图1中的甲、丙)线圈处于中性面位置时,穿过线圈的_,但线圈中的电流为_。线圈每次经过中性面时,线圈中感应电流的方向都要改变,线圈转动一周,感应电流的方向改变_次。(2)垂直中性面位置(SB位置,如图1中的乙、丁)此时穿过线圈的为_,电流_。,垂直,最大,零,两,零,最大,思考判断(1)只要线圈在磁场中转动,就可以产生交变电流。( )(2)线圈在通过中性面时磁通量最大,电流也最大。 ( )(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大,但磁通量为零。 ( )(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。 ( ),三、

3、交变电流的变化规律 1.瞬时值表达式:从中性面开始计时,电动势:e_,电压:u_,电流i_。 2.峰值:表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值,叫做峰值。 3.正弦式交变电流:按_规律变化的交变电流,简称正弦式电流。,Emsin t,Umsin t,Imsin t,正弦,4.其他形式的交变电流:如图2甲所示的_交变电流,如图乙所示的为_交变电流。图2,锯齿形,矩形,交变电流的产生,线圈绕OO轴沿逆时针方向匀速转动,如图3甲至丁所示。图3,要点归纳,1.过程分析,2.两个特殊位置的对比,例1 (多选)如图4所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个实验,下列说法正确的是

4、( )图4,精典示例,答案 AC,交变电流的变化特点 (1)线圈转至与磁感线平行时,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,故线圈每转一周,电动势最大值出现两次。 (2)线圈每经过中性面一次,感应电流和感应电动势的方向都要改变一次。线圈转动一周,两次经过中性面,感应电动势和感应电流的方向都改变两次。,针对训练1 一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动,线圈平面位于如图5甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是( )图5,A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C.t2、t4时刻线圈中磁通量最

5、大 D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小,答案 B,交变电流的变化规律,1.交变电流的瞬时值表达式推导 线圈平面从中性面开始转动,如图6所示,则经过时间t:图6(1)线圈转过的角度为t。(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角t。,要点归纳,2.峰值表达式,3.正弦交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时eEmsin t,iImsint,UUmsin t。(2)从与中性面垂直的位置开始计时eEmcost,iImcost,UUmcos t。,4.交变电流的图象如图7所示,从中性面开始计时图7,易错提醒(1)从不同的位置开始计时,得到的交变电流的表达式不同。(2)感应电动势的峰值与线圈的形

6、状和转轴的位置没有关系。如图所示,三个不同形状的线圈产生的交变电流的感应电动势的峰值相同。,例2 一矩形线圈,面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻r2 ,外接电阻R8 ,线圈在磁感应强度B T的匀强磁场中以n300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图8所示,若从中性面开始计时,求:,精典示例,图8,解析 (1)线圈转速n300 r/min5 r/s,角速度2n10 rad/s, 线圈产生的感应电动势最大值EmNBS50 V, 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为eEmsin t50sin (10t) V。,确定正弦式电流电动势瞬时值表达式的基本方法 (1)确定线圈转动从哪个位

7、置开始计时,以确定瞬时值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化。 (2)确定线圈转动的角速度。 (3)确定感应电动势的峰值EmNBS。 (4)写出瞬时值表达式eEmsin t或eEmcos t。,针对训练2 如图9所示,匀强磁场磁感应强度B0.1 T,所用矩形线圈的匝数n100,边长lab0.2 m,lbc0.5 m,以角速度100 rad/s绕OO轴匀速转动。试求:,(1)感应电动势的峰值; (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的表达式;,图9,解析 (1)由题可知:Slablbc0.20.5 m20.1 m2,感应电动势的峰值EmnBS1000.10.1100 V10

8、0 V314 V。 (2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时,感应电动势的瞬时值eEmsin t 所以e314sin (100t) V (3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为 eEmcos t,代入数据得e314cos (100t) V,答案 (1)314 V (2)e314sin (100t) V (3)157 V,1.(交变电流的产生)(多选)如图中哪些情况线圈中产生了交变电流( )解析 由交变电流的产生条件可知,轴必须垂直于磁感线,但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求,故选项B、C、D正确。答案 BCD,2.(交变电流的变化规律)(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁

9、场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流,下列说法正确的是( )A.当线框位于中性面时,线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时,线框中的感应电动势也为零C.当线框经过中性面时,感应电动势或感应电流的方向就改变一次D.线框经过中性面时,各边切割磁感线的速度为零,解析 线框位于中性面时,线框平面与磁感线垂直,穿过线框的磁通量最大,但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行,即不切割磁感线,所以感应电动势等于零,也即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零,感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变。线框垂直于中性面时,穿过线框的磁通量为零,但切割磁感线的两边都是垂直切割,有效切割速度最大,所以感

10、应电动势最大,即此时穿过线框的磁通量的变化率最大,故选项C、D正确。 答案 CD,3.(交变电流的瞬时值表达式)(多选)如图10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e0.5sin (20t) V,由该表达式可推知以下哪些物理量( )图10A.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 根据单匝闭合线圈正弦式交变电流的表达式eBSsin t,可得20 rad/s,而磁通量的最大值的表达式为BS,所以可以根据BS0.5求出磁通量的最大值。故选项B、C正确。 答案 CD,4.(交变电流图象的分析)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11甲所示。则下列说法正确的是( )图11A.t0时刻,线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻,的变化率最大C.t0.02 s时刻,感应电动势达到最大D.该线圈相应产生的感应电动势的图象如图乙所示,解析 t0时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面的位置,选项A错误;t0.01 s时刻,的变化率最大,选项B正确;t0.02 s时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面的位置,磁通量变化率为零,电动势为零,选项C、D错误。 答案 B,

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