《人教版高中物理选修11《交变电流》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高中物理选修11《交变电流》ppt课件（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一 交变电流 穿过闭合电路的磁通量发生变化时 产 生感应电流 而磁通量变化的方式不同 产 生的感应电流也不同 感应电流可以是恒定 的 可以是变化的 可以是周期性变化的 本节我们将研究一种十分重要的周期性变化 的电流 正弦式交变电流 直流电 电流方向不随时间而改变 一 交变电流的产生 按下图所示进行实验演示 实验现象 缓慢转动线圈时 电流计指针在左右 摇动 线圈每转一周 指针左右摆动一次 1 交变电流 大小和方向都随时间作周期变化的 电流 叫做交变电流 简称交流 2 闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀 速转动时 产生交流 但这不是产生交流的惟 一方式 设正方形线圈的边长为L 在匀强磁场B中
2、绕垂 直于磁场的对称轴以角速度匀速转动 如图所 示 ab和cd边垂直于纸面 转轴为O 1 线圈转动一周 电流方向改变多少次 2 线圈转到什么位置时磁通量最大 这时 感应电动势是最大还是最小 3 线圈转到什么位置时磁通量最小 这时 感应电动势是最大还是最小 看动画回答问题 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 B S 最大 各边不切割磁感应线 无感应电流 中性面 甲 B S 最大 各边不切割磁感应线 无感应电流 中性面 E 0 I 0 有最大值 B S 0 a b d c 垂直切割 感应电流最大 B S 0 a b d c 垂直切割 E最大 感应电流最大 电流 方向a b 乙
3、 B S 最大 各边不切割磁感应线 无感应电流 中性面 B S 最大 各边不切割磁感应线 无感应电流 中性面 丙 E 0 I 0 有最大值 B S 0 垂直切割 感应电流最大 B S 0 垂直切割 E最大 感应电流最大 电流 方向b a 特点 a 磁通量 为0 b E最大 磁通量的变化率 t 最大 返回 1 甲 丙 中性面 线圈与磁感线垂直的平面 2 乙 丁 最大值面 线圈垂直中性面 a 磁通量 最大 b E 0 磁通量的变化率 t为零 c 当线圈转至中性面时 电流方向发 生改变 d 线圈转动一周电流方向改变两次 以线圈经过中性面开始计时 在时刻t线圈中 的感应电动势 ab和cd边切割磁感线
4、所以 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 B S 二 交变电流的变化规律 Em NBS 设线圈平面从中性面开 始转动 角速度是 经 过时间t 线圈转过的角 度是 t cd边的线速度v 的方向跟磁感线方向间的 夹角也等于 t ab cd 宽L1 ad bc长L2 磁 感应强度是B cd边中的感应电动势就是 ab 边中的感应电动势跟cd边中的大小相同 而且两边又是串联的 所以 这一瞬间整个线圈感应电动势 t BL1L2t L2 BL1BL1V ecd w ww w sin 2 1 sin 2 成立条件 转轴垂直匀强磁场 经中性面 时开始计时 1 电动势按正弦规律变化 2 电流
5、按正弦规律变化 3 电路上的电压按正弦规律变化 电流 通过R时 2 交变电流的变化规律 e nBs sin t Emsin t 从中性面开始计时 e nBs cos t Emcos t 从B S开始计时 i nBs R sin t Imsin t 从中性面开始计时 i nBs R cos t Imcos t 从从B S开始计时 u Umsin t 从中性面开始计时 u Umcos t 从从B S开始计时 1 感应电动势 2 感应电流 3 外电路电阻两端的电压 1 建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em 同时注意起始位置 是从中性面开始是正弦 曲线 e Emsin t 从垂直中性面开始是余弦曲 线
6、 e Emcos t 2 由Em N 2BL1v NBL1L2 NBS N m 可 知 峰值Em与线圈的面积有关 而与垂直于磁 场方向的转动轴的位置无关 与线圈的形状也 无关 3 转速对交变电流的影响 由e NBS sin t可 知 当转速增大时 角速度也增大 使得感应 电动势随之增大 同时交变电流的变化也加快 交流电的图像 a b c d K L A B a b c d K L A B a bc d k L A B a bc d k L A B a bc dk L A B 3 交变电流的种类 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 交
7、流发电机 发电机的基本组成 发电机的基本种类 交流发电机简介 1 发电机的基本组成 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 发电机的基本种类 旋转电枢式发电机 电枢动磁极不动 旋转磁极式发电机 磁极动电枢不动 无论哪种发电机 转动的部分叫转子 不动的部分叫定子 总结 1 交变电流 大小和方向都随时间作周期性变化的电流 2 交变电流的变化规律 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 大小变化规律 按正弦规律变化 e Emsin t Em NBS 叫电动势的最大值 i Imsin t Im Em R叫电流的最大值
8、u Umsin t Um ImR叫电压的最大值 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 t i ABCD A B D A 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 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变化率的绝对值最大 D 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 3 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e EmSin t 如果转子的转速n提高一倍 其它条件不 变 则电动
9、势的变化规律将变化为 A e EmSin2 t B e 2EmSin2 t C e 2EmSin4 t D e 2EmSin t 答案 B 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 若线圈电阻为 则感应电流的瞬时值 为 0 Em e e Em t e e E Em m sin tsin t i i E Em m R sin t R sin t 5 影响产生感应电动势大小的因素可能是 A 线圈的面积 B 线圈的转速 C 磁场强弱 D 线圈电阻 ABC 6 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
10、动的角速度是100 rad 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 311Sin100 t V 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 7 手摇发电机转动时 小灯泡为何一闪一闪的呢 分析 1 灯泡发光需要
11、一定的电压 只有大于该值 时 才能使灯泡发光 2 如图所示 当T1 t T2时间 内 小灯泡亮了 当T2 t T3时间 内 小灯泡变暗了 在T3 t T4时 间内小灯泡又亮了 8 放置在水平面上彼此平行的导轨与电阻R相连 如图 所示 匀强磁场的磁感应强度为B 与导轨平面垂直 一根长度为l 等于平行导轨间距 的金属棒电阻为r 放 置在导轨上 当金属棒在AA 和BB 之间做简谐运动 时 速度随时间的变化规律是v v0cos t 试求 1 通过电阻R的电流和它两端的电压 2 说明通过R的电流在什么时刻改变方向 在什么 时刻变化率最大 思路分析 本题考查做简谐运动的物体切割磁感线 产生的交流电 既然是
12、切割磁感线的运动 根据E Blv即可求得 感应电动势 要注意v应代入瞬时值求得瞬时感应电动 势 导体棒速度为零时 瞬时电动势为零 就在此时 改变速度方向 也同时改变电流方向 解析 1 因为导体棒做简谐运动 必定在AA 和BB 中间的OO 速度最大 此时刻便是v v0cos t的计时 起点 导体棒产生的感应电动势 通过电阻R的电流 R两端的电压 2 导体运动方向发生变化 即导体棒在AA BB 位 置时电流的方向发生变化 此时刻导体棒的速度为零 瞬时电动势和电流都为零 电流的变化率等最大 拓展延伸 产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强 磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生 本 题金属棒在导轨上作简谐运动切割磁感线 也能产生 正弦式交流电 即使是线圈转动 也不一定是矩形线 圈 也不一定绕线圈的对称轴 只要是绕垂直于磁场 方向的轴 无论什么形状的闭合线圈 产生的感应电 流仍是正弦式交流电
