高中物理 2.1+2 认识交变电流 交变电流的描述同步备课课件 粤教版选修32

答案：BC
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2．正弦交流电的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
物理量规律
函数
图象
磁通量
Φ＝Φm·cos ωt＝BS cos ωt
栏
电动势
e＝Em·sin ωt＝nBSω sin ωt
目 链
接
电压
u＝Um·sin ωt＝RR＋Emr sin ωt
电流
i＝Im·sin ωt＝RE＋mr sin ωt
手定则，ab 的感应电流方向有 a→b；故 C 对；线圈平面与磁场
方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，故 D 错；故
选 C.
答案：C
第三十一页，共34页。
考点 3
线圈转动过程中的平均电动势
线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个
位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于
轴匀速转动，当线圈平面通过中性面时开始计时，求由 t＝0 至 t＝T4过
程中的平均电动势值．
栏
目
链
接
第三十三页，共34页。
解析：用 E＝NΔΔΦt 计算，t＝0 至 t＝T4过程中的平均电动势 E
＝N
＝N|0－TBS|＝4N2πBS
栏 目
4
ω
链 接
即 E＝π2NBSω
代入数值得：E＝200 V.
答案：200 V
栏 目
链
再根据右手定则可以判断电流方向为：a→b→c→d，故 B 正确；
接
D、同理可以判断当线圈转到图丁的位置时，线圈中的电流方向
为：a→d→c→b，故 D 错误．
答案：B
第十九页，共34页。
考点(kǎo diǎn)2
交流电的两种描述
1．用函数表达式描述
栏 目 链 接
根据上图知，ab 和 cd 切割磁感线的速度均为 vsin ωt，对应的感 应电动势均为 BLvsin ωt，此时整个线圈的感应电动势为 e＝2BLv sin ωt 或 e＝Emsin ωt.
栏
(3)交变电流的最大值 Em＝2BLv，当线框 abcd 绕中心轴线匀速转
目 链
接
动时，设角速度为 ω，则 v＝ωL2ad，线圈的面积 S＝LadLab，所以 Em
＝BSω，如果线圈匝数为 N，则 Em＝NBSω，故交变电动势的最大值 由线圈匝数 N、磁感应强度 B，转动角速度 ω 和线圈面积 S 决定，与
第十页，共34页。
2．正弦交变电流的产生
(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．
栏 目
链
如下图所示为线圈 abcd 在磁场中绕轴 OO′转动时的截面图 ab 接
和 cd 两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说
穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)．
图①时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；
D．在 t4 时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
第二十六页，共34页。
解析：从题图中可知，t1 时刻来自圈中感应电动势 达到峰值，磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，
线圈平面与磁感线平行．t2 时刻感应电动势等于零， 栏
目
磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达
链 接
到峰值，t3 时刻感应电动势达到峰值，线圈中的磁通 量变化率达到峰值．
时，电流_由__a__到__b_流动，而当线圈转到图丁位置时，则 _由__b_到__a__流
目 链
接
动；在图丙和图戊的位置，因为
导线(dǎoxiàn)ab的运动方向和磁感线
_______________平__行_________________，电路中没有感应电流．线圈 在不断转动，电路中的电流方向也就不__断__(改b__ù变_d_u_à_n__)．交变电流就是这
e＝311sin 314t＝311sin 34π＝220 V
答案：220 V
第二十五页，共34页。
(双选)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电 流的波形如下图所示，下列说法中正确的是( )
栏
目
链
A．在 t1 时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
接
B．在 t2 时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C．在 t3 时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
构是__线___圈___和____磁__极____．
栏 目 链 接
第五页，共34页。
3．如图是交流发电机的示意图．为了观察清楚，图中只画出了
一匝线圈，它的 ab 连在金属滑环 K 上，cd 连在滑环 L 上；两个滑环
通过金属片做的电刷 A、B 和外电路相连，线圈沿逆时针方向转动．我
们观察 ab 这段导线，根据右手定则可以判断，当线圈转到图乙位置 栏
栏 目 链 接
第八页，共34页。
栏 目 链 接
第九页，共34页。
考点(kǎo diǎn)1
交流电的产生
1．交变电流 (1)定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫 栏
目
交变电流．而大小和方向都不变的电流叫直流电．大小不 链
接
变方向改变的电流也叫交流电．交变电流的典型特征是电 流方向变化
(2)图象：下图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交流电流．其 中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电，如(a)图
金属片做的电刷和外电路相连．当线圈沿逆时针方向转动时，关于电
栏
目
流方向以下判断正确的是( )
链
接
第十七页，共34页。
A．当线圈转到图甲的位置时，线圈中的电流方向为
d→c→b→a
B．当线圈转到图乙的位置时，线圈中的电流方向为 栏
a→b→c→d
目 链
接
C．当线圈转到图丙的位置时，线圈中的电流方向为
d→c→b→a
第十三页，共34页。
3．中性面的性质特点
(1)磁通量最大；
(2)电流、电压为零；
(3)每经过一次中性面电流(电压)改变一次方向．
栏
4．两个特殊位置的特点
目
链
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ 最大，ΔΔΦt ＝0，e＝0，i 接
＝0，电流方向将发生改变．
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΔΦt 最大，e 最大，i
栏 目 链 接
第四页，共34页。
强弱
方向
1．___(_q_iá__n_ɡ__和_(_f_ā_n_g__x_i_à_都随时间__周___期__性____变化的电流叫
做交变电流，ru简ò)称交流电．ng) 2．交变电流是由交___流发__(_电ji_ā_机o__li_ú__) 产生的，交流发电机的最基本结
线圈的形状无关，与转轴的位置无关．
第二十一页，共34页。
(4)若线圈给外电阻 R 供电，设线框本身电阻为 r，
由闭合电路欧姆定律得：
栏
目
i＝R＋e r＝RE＋mrsin ωt，即写成：i＝Imsin ωt，R 两
链 接
端电压写成：u＝Um sin ωt.
第二十二页，共34页。
交流发电机在工作时电动势为 e＝ Emsin ωt，若将 发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其他 条件不变，则电动势为( )
图②时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从 a 端流
入；
第十一页，共34页。
图③同图①； 图④中电流从 a 端流出； 图⑤同图①，这说明电流方向发生了变化．
栏 目 链 接
第十二页，共34页。
栏 目 链 接
(2)中性面：把线圈平面垂直于磁感线的位置叫做中性面． (3)注意：线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时 刻也是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)．
最大，电流方向不改变．
第十四页，共34页。
(多选)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向
的轴匀速转动( )
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大
栏
目
B．在中性面时，感应电动势为零
链 接
C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零
D．线圈每通过一次中性面，电流方向改变一次
第十五页，共34页。
解析：中性面是线圈在磁场中运动但不产生感应
第二章 交变(jiāo biàn)电 流
第一节 认识交变(jiāo biàn) 电流
第二节 交变(jiāo biàn)电 流的描述
第一页，共34页。
栏 目 链 接
第二页，共34页。
1．知道交流发电机的原理，理解中性面的特点．
栏
目
2．理解交变电流的两种描述方法，掌握峰值与平均值的区别．
链 接
第三页，共34页。
电动势的位置，是线圈的每一条边都不切割磁感线的
栏 目
链
位置，必定是线圈平面与磁感线垂直的位置，是穿过 接
线圈的磁通量最大的位置．
答案：ABD
第十六页，共34页。
►练习
1．如图是交流发电机的示意图．线圈 abcd 在磁场中匀速转动产
生交流电．线圈的 ab 边和 cd 边连在两个金属滑环上，两个滑环通过
链 接
线圈从中性面开始转动34π时，电动势的瞬时值是多少？
第二十四页，共34页。
解析：从 e＝311sin 314t(V)可知：
ω＝314 rad/s，Em＝311 V，
由 Em＝NBSω
可得：B＝nESmω＝100×03.1012×314 T≈0.5 T
栏 目 链
接
当 θ＝34π时，电动势的瞬时值为：
大电流为 20 A，故 B、D 错．
答案：C
第二十九页，共34页。
►练习 3．下图为演示交变电流产生的实验装置图，关于这个实验，下 列说法中正确的是( )
栏 目 链 接
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．逆时针转过图示位置时，ab 的感应电流方向为 a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
D．当线圈转到图丁的位置时，线圈中的电流方向为
a→b→c→d
第十八页，共34页。
解析：AC、甲丙图中，ab 和 cd 边运动方向与磁感线方向平行，
不切割磁感线，所以没有电流产生，故 A、C 错误；
B、当线圈转到图乙的位置再运动时，通过线圈的磁通量变大，
根据电磁感应定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相反，
第二十八页，共34页。
某正弦交流电的图象如下图所示，则由图象可知( )
A．该交流电的频率为 0.02 Hz
栏
目
B．该交流电的最大值为 14.14 A
链 接
C．该交流电的瞬时值表达式为 i＝20sin 100πt (A)
D．在 t＝T4时刻，该交流电的大小为零
解析：周期为 0.02 s，频率为 50 Hz，故 A 错；当 t＝T4时刻，最
第三十页，共34页。
解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化
的交变电流，线圈经过中性面时电流方向改变，线圈每转动一周，
有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故 栏
A 错；线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面，图示位置不是
目 链
接
中性面；故 B 也不对；线圈处于图示位置时，ab 向右运动，由右
栏 目 链 接
解析：交变电流的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，而 Em＝NBSω， 当 ω 加倍而 S 减半时，Em 不变，故选 C.
答案：C
第二十三页，共34页。
►练习
2．矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电动
势表达式 e＝311sin 314t(V)，已知线圈匝数是 100，面 栏
目
积为 0.02 m2，则匀强磁场的磁感应强度 B 是多少？当
注意：
(1)Em＝2BLv 为最大值，也叫电动势的峰值．
第二十页，共34页。
(2)e＝Emsin ωt，交变电流按正弦规律变化，这种电流叫正弦式交 变电流，简称正弦式电流．此表达式仅限于自中性面开始计时的情况，
当从垂直于中性面位置开始计时时，表达式为 e＝Emcos ωt，这种表
达式是交变电流的瞬时值的表达式．
第三十四页，共34页。
始、末位置两个时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感
栏 目
链
应定律计算，即： E ＝nΔΔΦt ，同理，计算交变电流在某段时
接
间内通过导体横截面的电荷量，也必须用平均值，即：q＝ I
E t(式中 I ＝R＋r)．
第三十二页，共34页。
如下图所示，匀强磁场 B＝0.1 T，所用矩形线圈的匝数 N
＝100 匝，边长 ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度 ω＝314 rad/s 绕 OO′
样产生的．
第六页，共34页。
栏 目 链 接
4．_线__圈__(_x_i_à_n_向q__u的_ā_平n__)面_垂__直__磁_正_场_弦__方_叫中性面．
5．正弦式交流电：按(_z_h_è__n_g_x_i_á_n__)式__变化的交变电流叫正弦式 电流．若 N 匝、面积为 S 的线圈规以律角速度 ω 转动，回路总电阻为 R，
从中性面开始计时，则有：
第七页，共34页。
(1)瞬时电动势的表达式：e＝Emsin ωt 或__e_＝__N__B_S__ω__s_i_n__ω__t_.e
表示交流电的__瞬___时__值___，Em 表示交流电的__最__大___值___，ω 表示交
流电的 (2)_瞬_角_时_速_电_度_流__的_．表达式：_i_＝__N__B_S_ω_R_s_i_n_ω__t_.