(新教材)高中物理《交变电流》PPT人教版1
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电流峰值为：Im=Em/R=400÷2000=0.2A
电流瞬时值的表达式为：
i=ImsinWt=0.2sin314t
例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，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/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100Ω，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？
例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 e 随时间的变化如图所示， 下列说法中正确的是( ) A. t1 时刻通过的磁通量为零 B. t2 时刻通过的磁通量的绝对值最大 C. t3 时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大 D. 每当 e 变换方向时通过的磁通量的绝对值最大
动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为
计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为
正．则下列四幅图中正确的是 (
)D
解析 该题考查交变电流的产生过程．t＝0 时刻，根据题图乙表示的转动方
向，由右手定则知，此时 ad 中电流方向由 a 到 d，线圈中电流方向为
a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值．又因为此时 ad、
电压
电子计算 机中的矩
形脉冲
激光通信用 的尖脉冲
二、交变电流的产生
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的中心 轴匀速转动，就产生了交流电。
1、过程分析
选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻 进行研究
A( B )
将立体图转化 为平面正视图
我们称为 中性面
D( C )
此 时
线圈平面与磁场垂直，速度方向与磁场方向平行
特 点 感应电流 最大
三、交变电流的一般变化规律
如图，线圈从中性面开始转动，
t=0
角速度ω。经过时间 t，AB、CD宽
L1，AD、BC 长 L2
v‖ A(B) θ
B
t
v v⊥
A C
D
V L2
2
中性面
B
D(C)
AB
边中的感应电动势： e1 =
BL1vsin
θ
=
BL1
L2 2
ωsin
ωt
线圈中的感应电动势：
转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
e = Emsin ωt
从中性面开始计时的各种图像
规律 物理量
函数表达式
图象
磁通量
Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 电压 电流
e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt
u＝Umsin
ωt＝
R Em R ＋r
sin
ωt
Em i＝Imsin ωt＝ R ＋r sin ωt
bc
两边的切割速度方向与磁场方向成
45°夹角，由
E＝2Blv⊥，可得
E＝2×
2 2
Blv＝ 22Em，即此时电流是最大值的 22倍，由题图乙还能观察到，线圈在接 下来 45°的转动过程中，ad、bc 两边的切割速度 v⊥越来越小，所以感应电动
势应减小，感应电流应减小，故瞬时电流的表达式为 i＝－Imcos (π4＋ωt)，则 图象为 D 图象所描述，故 D 项正确。
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
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）
•
1.志愿精神可以表述为一种具体化或 日常化 的人文 精神。 作为促 进社区 发展、 社会进 步和社 会成员 个人身 心完善 的一种 价值观 念和社 会心理 ，志愿 精神在 日常生 活层面 的实际 体现形 式就是 志愿行 动。志 愿精神 的兴起 ，作为 一种独 特的社 会文化 形式， 体现了 在不同 层面上 的功能 。
线 磁通量为最大 圈
具 磁通量的变化率为0
有
的 感应电动势为0
特 点 感应电流 为0，线圈转动一周，两次经过中性面，电流
方向改变两次。
将立体图转化 为平面正视图
A(B)
D(C) 我们称为 峰值面
此 时
线圈平面与磁场平行，速度方向与磁场方向垂直
线 磁通量为 0 圈
具 磁通量的变化率最大
有
的 感应电动势最大
e
=
2BL1
L2 2
ωsin
ωt
=
BSωsin
ωt
当线圈匝数为 N 时
e = NBL1L2ωsin ωt = NBSωsin ωt
令 Em= NBSW
则有 e = Emsin ωt
1、交变电流的变化规律
（1）电动势按正弦规律变化：e = Emsin ωt （2）电流按正弦规律变化：i = Imsin ωt 2、成立条件
例5、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 ω=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2000Ω，电路 中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。
解： 电动势瞬时值的表达式为： e=EmsinWt=400sin314t
【解析】因电动势按余弦规律变化，故初始时刻线圈 处于垂直中性面的位置，至 t1 时刻恰好到达中性面， 磁通量最大，A 错；t2时刻又垂直中性面，磁通量为 零，但其变化率最大，B 错；t3 时刻又到达中性面， 磁通量最大，但其变化率为零，C错；e 变换方向时 正是其大小为零时，也恰好是磁通量最大时。
【答案】D
例3.交流发电机在工作时的电动势为e=E0sinwt,
若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则
其电动势变为（ ） D
A
E0sin
t
2
B
2E0sin
t
2
C E0sin2wt
D 2E0sin2wt
例4.如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，
并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转
复习 一、交变电流的概念
1、直流电流(DC)
方向不随时间变化的电流称为直流电。例如电 池供给的电流。
2、交变电流(AC)
大小和方向都随时间做周期性变化,这样的电流 叫做交变电流。例如家庭照明电路中的电流。
i
Βιβλιοθήκη Baidu
0
t
恒定直流
i
0
t
脉
冲 直
半波整流 i
流
0
t
全波整流
家庭电路 中的正弦
式电流
示波器中的 锯齿波扫描
例1. 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀
速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(CD )
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．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流 方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
电流瞬时值的表达式为：
i=ImsinWt=0.2sin314t
例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，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/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100Ω，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？
例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 e 随时间的变化如图所示， 下列说法中正确的是( ) A. t1 时刻通过的磁通量为零 B. t2 时刻通过的磁通量的绝对值最大 C. t3 时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大 D. 每当 e 变换方向时通过的磁通量的绝对值最大
动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为
计时起点，并规定当电流自a流向b时，电流方向为
正．则下列四幅图中正确的是 (
)D
解析 该题考查交变电流的产生过程．t＝0 时刻，根据题图乙表示的转动方
向，由右手定则知，此时 ad 中电流方向由 a 到 d，线圈中电流方向为
a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值．又因为此时 ad、
电压
电子计算 机中的矩
形脉冲
激光通信用 的尖脉冲
二、交变电流的产生
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的中心 轴匀速转动，就产生了交流电。
1、过程分析
选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻 进行研究
A( B )
将立体图转化 为平面正视图
我们称为 中性面
D( C )
此 时
线圈平面与磁场垂直，速度方向与磁场方向平行
特 点 感应电流 最大
三、交变电流的一般变化规律
如图，线圈从中性面开始转动，
t=0
角速度ω。经过时间 t，AB、CD宽
L1，AD、BC 长 L2
v‖ A(B) θ
B
t
v v⊥
A C
D
V L2
2
中性面
B
D(C)
AB
边中的感应电动势： e1 =
BL1vsin
θ
=
BL1
L2 2
ωsin
ωt
线圈中的感应电动势：
转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
e = Emsin ωt
从中性面开始计时的各种图像
规律 物理量
函数表达式
图象
磁通量
Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 电压 电流
e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt
u＝Umsin
ωt＝
R Em R ＋r
sin
ωt
Em i＝Imsin ωt＝ R ＋r sin ωt
bc
两边的切割速度方向与磁场方向成
45°夹角，由
E＝2Blv⊥，可得
E＝2×
2 2
Blv＝ 22Em，即此时电流是最大值的 22倍，由题图乙还能观察到，线圈在接 下来 45°的转动过程中，ad、bc 两边的切割速度 v⊥越来越小，所以感应电动
势应减小，感应电流应减小，故瞬时电流的表达式为 i＝－Imcos (π4＋ωt)，则 图象为 D 图象所描述，故 D 项正确。
（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
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）
•
1.志愿精神可以表述为一种具体化或 日常化 的人文 精神。 作为促 进社区 发展、 社会进 步和社 会成员 个人身 心完善 的一种 价值观 念和社 会心理 ，志愿 精神在 日常生 活层面 的实际 体现形 式就是 志愿行 动。志 愿精神 的兴起 ，作为 一种独 特的社 会文化 形式， 体现了 在不同 层面上 的功能 。
线 磁通量为最大 圈
具 磁通量的变化率为0
有
的 感应电动势为0
特 点 感应电流 为0，线圈转动一周，两次经过中性面，电流
方向改变两次。
将立体图转化 为平面正视图
A(B)
D(C) 我们称为 峰值面
此 时
线圈平面与磁场平行，速度方向与磁场方向垂直
线 磁通量为 0 圈
具 磁通量的变化率最大
有
的 感应电动势最大
e
=
2BL1
L2 2
ωsin
ωt
=
BSωsin
ωt
当线圈匝数为 N 时
e = NBL1L2ωsin ωt = NBSωsin ωt
令 Em= NBSW
则有 e = Emsin ωt
1、交变电流的变化规律
（1）电动势按正弦规律变化：e = Emsin ωt （2）电流按正弦规律变化：i = Imsin ωt 2、成立条件
例5、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 ω=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2000Ω，电路 中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。
解： 电动势瞬时值的表达式为： e=EmsinWt=400sin314t
【解析】因电动势按余弦规律变化，故初始时刻线圈 处于垂直中性面的位置，至 t1 时刻恰好到达中性面， 磁通量最大，A 错；t2时刻又垂直中性面，磁通量为 零，但其变化率最大，B 错；t3 时刻又到达中性面， 磁通量最大，但其变化率为零，C错；e 变换方向时 正是其大小为零时，也恰好是磁通量最大时。
【答案】D
例3.交流发电机在工作时的电动势为e=E0sinwt,
若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则
其电动势变为（ ） D
A
E0sin
t
2
B
2E0sin
t
2
C E0sin2wt
D 2E0sin2wt
例4.如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，
并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转
复习 一、交变电流的概念
1、直流电流(DC)
方向不随时间变化的电流称为直流电。例如电 池供给的电流。
2、交变电流(AC)
大小和方向都随时间做周期性变化,这样的电流 叫做交变电流。例如家庭照明电路中的电流。
i
Βιβλιοθήκη Baidu
0
t
恒定直流
i
0
t
脉
冲 直
半波整流 i
流
0
t
全波整流
家庭电路 中的正弦
式电流
示波器中的 锯齿波扫描
例1. 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀
速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(CD )
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．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流 方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线