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1、第五章交变电流,第一节 交变电流,教 学 目 标,（一）知识与技能 1使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 （二）过程与方法 1掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。 2培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。 3培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。,（三）情感、态度与价值观 通过实验观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性 教学重点 交变电流产生的物理过程的分析。 教学难点 交变电流的变化规律及应用。 教学方法
2、 演示法、分析法、归纳法 教学手段 手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表,1、直流电流(DC),方向不随时间变化的电流,2、交变电流(AC),大小和方向都随时间做周期性变化的电流,一、交变电流的概念,交变电流可以变成直流！,交变电流是如何产生的呢？,交流发电机模型,二、交变电流的产生,做一做,1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,二、交变电流的产生,2、过程分析,（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？,ab边 cd边,（2）怎样将立体图转化为平面图？,将立体图转化为平面图,（3）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 丙转到丁呢？
3、,（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？ 线圈转到什么位置，电流最大？,由ab,由ba,BS,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，最大，但线圈中的电动势为零,2、过程分析,(V / B),判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？,BS,=0,E最大,I最大,感应电流方向a到b,线圈与磁场平行时，最小，但线圈中的电动势最大,(VB),判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？,BS,最大,E=0,I=0,中性面,BS,=0,E、I最大,感应电流方向b到a,V / B,VB,（3）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 丙转到丁呢？,（
4、4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？ 线圈转到什么位置，电流最大？,由ab,由ba,线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流； 转到乙、丁位置时线圈中电流最大！,线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?,思考与讨论,1.中性面：垂直磁场方向的平面 （1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大=BS，但/t =0最小，（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零 （2）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 2.线圈平行与磁感线时，=0,/t最大，感应电动势最大。,以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时
5、刻t线圈中的感应电动势,令,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）NBS,=NBS,三、交变电流的变化规律,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,电流i通过R时：,成立条件： 转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,四、交流电的图像,四、交流电的图像,e,t,0,Em,-Em,i,t,0,Im,-Im,(1)正弦交流电,(2)示波器中的锯齿波扫描电压,(3)电子计算机中的矩形脉冲,(4)激光通信中的尖脉冲,五、交变电流的种类,、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生 ,、交变电流： 和 都随时间
6、做 的电流叫做交变电流电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦交流电,大小,方向,正弦规律,正弦交流电,周期性变化,课堂练习,、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做 线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变 ,中性面,两次,、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 若电路总电阻为，则感应电流的瞬时值为 ,e=Emsint,i=(Em/R)sint,六、交流发电机,1、组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极 2、种类 旋转
7、电枢式发电机 旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子,、交流发电机有两种，即 、 其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 发电机转子是由 、 或其它动力机带动,旋转磁极式,旋转电枢式,转子,定子,水轮机,蒸汽轮机,6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是 A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小,C,1、知道交变电流定义（AC）：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化
8、的电流为直流电（DC）。辨析电流图。,3、推导和理解交变电流的变化规律：（重难点） （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。 最大，/t =0最小，感应电动势最小E=0,（2）大小变化规律-按正弦规律变化：（能画出瞬时线速度分解图） e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值（峰值） i=Imsint Im=Em/R+r 叫电流的最大值（峰值） u=Umsint Um=ImR 叫电压的最大值（峰值）,5.1交变电流 小结,2、理解交变电流产生的过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过
9、程图。 垂直磁场方向的平面叫做中性面。 （重点）,电流通过R时：,1在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。,A,B,C,D,A B D,A,三、课堂练习,2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )：,T1时刻通过线圈的磁通量为零； T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大； T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大； 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。,答案： D,1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁
10、感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。,0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。,2. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。,练习,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=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2000，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表 达式。,e=EmsinWt=400sin314t,解：,电动势瞬时值的表达式为：,电流峰
11、值为：,Im=Em/R=4002000=0.2A,电流瞬时值的表达式为：,i=ImsinWt=2sin314t,4、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度100rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？,（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）,（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V （4）/t=311/N（Wb/s）,(甲),(乙),(丙),(丁),E I ， 电流方向： .,E , I , .,E I ，电流方向： .,=0,=0,有最大值,有最大值,有最大值,a b,有最大值,有最大值,ba,E , I , .,= 0,= 0,有最大值,为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.(学生画）,问题：各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出i-t图像？线圈转动一周，电流方向改变多少次？,
