【志鸿优化设计】2014-2015高中物理 3-3 交变电流课件 新人教版选修1-1
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2
I= 75
A ≈8. 7 A.
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1. 交变电流的产生
如图所示, 将一个平面线圈置于匀强磁场中, 并使它绕垂直于磁感 线的轴匀速转动, 线圈中就会产生正(余)弦式交变电流.
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预习交流 1
把两个发光时颜色不同的发光二极管并联 , 注意使两者正负极的 方向不同, 然后连接到教学用的发电机的两端(如图). 转动手柄, 两个磁 极之间的线圈随着转动. 观察发光二极管的发光情况. 实验现象说明了 什么?
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迁移与应用 例 1 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场并位于线圈平 面内的固定轴转动, 线圈中的感应电动势随时间 t的变化规律如图所示. 由图象可知( )
A. t 穿过线圈的磁通量为零 1和 t 3 时刻, B. t 穿过线圈的磁通量变化率为零 1和 t 3 时刻, C. 是从线圈平面与磁场方向平行的时刻开始计时的 D. 每当感应电动势 e 变换方向时, 穿过线圈的磁通量都最大
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答案: 日常所用的日光灯, 每秒钟闪光 100 次, 由于相邻两次闪光的 时间间隔很短( 0. 01 秒) , 所以我们平时感觉不到它在闪光. 但是, 当日光灯 照到正在快速旋转的电风扇叶片上时, 情况就不同了. 人眼所看到的影 像是像相片一样一张一张, 连续呈现而成的, 但因为人的眼睛接收影像的速度不快, 当扇页“ 快要” 转完一圈时 才接收到一个影像( 像刚开始是 0, 若每转 355° 时看到一次) 就感觉到风 扇是倒转.
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迁移训练 1
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如图所示为交流发电机的结构和原理示意图 , 当线圈在磁场中缓 缓转动时, 观察电流表的指针, 可以判断( 次 B. 当线圈平面转动到跟磁感线平行时, 电流表指针的偏转角最大 C. 当线圈平面转动到跟磁感线垂直时, 电流表指针的偏转角最大 D. 如果线圈的转动是匀速的, 则线圈产生的感应电动势和感应电流 是周期性的 答案: AB D ) A. 指针随着线圈的转动而摆动, 并且线圈转动一周指针左右摆动一
三、交变电流
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1. 知道交变电流是如何产生的. 2. 定性了解交变电流的变化规律, 能 学习目标 用图象及特征物理量描述交变电流. 3. 知道交变电流通过电容器的原因, 了解这一特性在电子技术上的应用. 重点难点 重点: 交变电流的图象和物理量描述. 难点: 有效值概念的理解.
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三、交变电流能够通过电容器
电容器接到交流电源上时, 自由电荷不会通过两极板间的绝缘电 介质, 只不过在交变电压的作用下, 电容器交替进行充电和放电, 电路中 就有了电流, 表现为交变电流通过了电容器. 电容器能够“ 隔直流、通交流” .
答案: 家里的家用电器大部分都用交变电流, 如冰箱、 彩电、 洗衣机、 电热水器、电饭锅等. 它们的铭牌上通常标有: 额定电压、额定功率、额 定电流、所用交变电流的频率等.
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迁移与应用 例 2 一个按正弦规律变化的交变电流的 i t 图象如图所示, 根据图象可以断定( )
( 3) 周期和频率的关系: T= .
1 f
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预习交流 2
晚间在日光灯下打开落地电扇, 仔细观察电风扇叶片的转动, 你会 发现随着叶片转速的增加, 有一段时间看上去叶片是倒转的, 关闭电风 扇的电源, 在叶片转速减小的过程中也有一段时间看到叶片倒转 , 你知 道这是为什么吗?
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预习交流 3
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台式收音机、录音机都用电网中的交流代替电池供电 , 所以机内都 有“ 整流” 电路, 把交变电流变为直流. 但是整流后仍有一部分交流成分, 这部分电流通过扬声器时会产生嗡嗡的声音. 为了解决这个问题, 在整 流电路和收录机的工作电路之间要安装电容器(如图), 整流后的交流成 分大部分流过这个电容器, 流过收录机工作电路的就是比较稳定的直 流了. 根据前面我们学习的电容器知识可知, 电容器的两极板间是绝缘 的, 电荷不能通过两板间, 这里所说的交流成分真的流过了电容器的绝 缘层吗? 答案: 交流通过电容器, 并不是电荷通过了绝缘层, 而是因为交变电 流不断地改变方向, 而表现为导通.
答案: 可以观察到两个发光二极管交替发光. 该实验说明了发电机 产生的电流的方向随时间变化, 不是直流电, 是交变电流.
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二、交变电流的变化规律 1. 正弦式电流: 电网中的交变电流, 它的电流、电压随时间按正弦函 数的规律变化. 2. 瞬时值: 反映的是某时刻交变电流的大小和方向. 电压: u=U m si n ωt ; 电流: i =Im si n ωt . 3. 峰值: 说明交变电流在变化过程中所能达到的最大值, 反映了交 变电流大小的变化范围. U m 、Im 分别为交变电流电压、电流的峰值. 4. 周期和频率: ( 1) 周期: 交变电流完成一次周期性变化所用的时间, 符号为 T. 我国电网交变电流的周期是 0. 02 s. ( 2) 频率: 交变电流在 1 s内发生周期性变化的次数, 符号为 f , 单位为 H z. 我国电网交变电流的频率是 50 H z.
迁移训练 2 如图所示交变电流正值为某一正弦式交变 电流更换负值后的 i t 图象, 求该交变电流的有效值.
答案: 8. 7A 解析: 根据交变电流有效值的定义, 取一个周期
10 2 t t 2 t . IRt = ( 2) R ·2+ (-10) R ·2, t =0. 2
2
s, 则
100 2I = 2 +100, 所以有效值
无论是线圈转动, 还是磁体转动, 都是转子的转动使得穿过线圈的 磁通量发生变化, 在线圈中激发出感应电动势.
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二、正弦交变电流的描述
活动与探究 如图所示是常见的输电线, 它输送的是我们生活用的交变电流. 交 变电流在生产和生活中有着广泛的应用, 如我们家里的照明电路就用 交变电流. 想一想你家里还有哪些用电器用到了交变电流?看一看它们 的铭牌上都标示哪些信息?你知道它们的意义吗?
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解析: 由图象可知, 当t =0 时, 感应电动势有最大值, 说明穿过线圈的 磁通量的变化率最大, 即线圈平面与磁场平行, 选项 C 正确. t 感 1、t 3 时刻, 应电动势为零, 说明这两个时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零 , 即线 圈平面与磁场方向垂直, 穿过线圈的磁通量最大, 所以选项 B 正确, A 错误. 线圈平面通过中性面的时刻, 是感应电动势改变方向的时刻, 所以选项 D 正确. 答案: BCD
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1. 交变电流与直流电 (1)直流电: 方向不随时间变化的电流, 称为直流电, 简称直流, 用字母 “ D C” 或符号“ —” 表示. (2)交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流, 称为交变 电流, 简称交流, 用字母“ AC ” 或符号“ ~” 表示. 2. 交变电流的产生 (1)交流发电机的组成 各种发电机都由固定不动的“ 定子” 和能够连续转动的“ 转子” 组 成.
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一、交流发电机 1. 交流发电机由定子和转子组成. 工作原理是电磁感应定律. 交流 发电机产生的电流大小、方向都随时间做周期性变化. 2. 交变电流: 大小、方向都做周期性变化的电流. 3. 直流: 只沿一个方向流动的电流.
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解析: 从图中可以看出, 交变电流的最大值为 Im =20 A , 有效值为 I 有 = ������ =
I 20 A =10 2 2
2 A =14. 1A
1 T
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交变电流的周期为 T=0. 02 s, 所以 f = =50 H z 交变电流的瞬时值表达式为
i =Im si n ωt =Im si n(2πf t )=20si n(314t )A
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(2)如图是发电机原理图, 常见发电机有两类:
①旋转电枢式发电机: 线圈在磁场中旋转. 线圈(电枢)是转子, 磁体 是定子, 如图甲所示. ②旋转磁极式发电机: 磁体转动, 是转子; 线圈不动, 是定子. 如图乙 所示.
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解析: 这是一个旋转电枢式交流发电机模型, 当线圈在磁场中转动 时, 线圈产生的感应电动势和感应电流都随时间变化 , 线框转动一周, 完 成一个周期性变化, 对应的指针左右摆动一次, 故选项 A 正确. 当线圈平 面跟磁感线平行时, 穿过线圈的磁通量为零, 但线圈的两条边切割磁感 线, 此时的速度方向跟磁感线垂直, 所以此时线圈中的感应电动势最大, 对应的感应电流也最大, 所以 B 项正确. 当线圈平面跟磁感线垂直时, 穿 过线圈的磁通量最大, 但线圈中切割磁感线的两条边的速度方向平行 于磁感线, 线圈中的感应电动势和感应电流均为零, 所以选项 C 不正确. 如果线圈是匀速转动的, 那么产生的感应电流就是周期性变化的, 故D 项也正确.
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一、交变电流的产生
活动与探究 当我们在使用电流表时, 反复强调电流表接入电路应当使电源的 正极与电流表的正极相连, 电源的负极与电流表的负极相连. 但在使用 家电时, 从不注意电源的正负极, 随手就将电源插头插入插座, 这是为什 么呢? 答案: 家用电流为交变电流, 电流方向是周期性变化的. 可由直流电 和交变电流的区别讨论.
A. 交变电流的频率 f =0. 2 Hz B. 交变电流的有效值 I 有=14. 1A C. 交变电流瞬时值表达式 i =20si n( 0. 02t )A D. 在t = 时刻, 电流的大小与其有效值相等
T 8
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在t = 时, 交变电流的瞬时值为 i =Im si n t = Im si n = ������ , 所以选 B 、D . 答案: BD
T 8 2������ T ������ I 4 2
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1. 交变电流的产生
如图所示, 将一个平面线圈置于匀强磁场中, 并使它绕垂直于磁感 线的轴匀速转动, 线圈中就会产生正(余)弦式交变电流.
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把两个发光时颜色不同的发光二极管并联 , 注意使两者正负极的 方向不同, 然后连接到教学用的发电机的两端(如图). 转动手柄, 两个磁 极之间的线圈随着转动. 观察发光二极管的发光情况. 实验现象说明了 什么?
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迁移与应用 例 1 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场并位于线圈平 面内的固定轴转动, 线圈中的感应电动势随时间 t的变化规律如图所示. 由图象可知( )
A. t 穿过线圈的磁通量为零 1和 t 3 时刻, B. t 穿过线圈的磁通量变化率为零 1和 t 3 时刻, C. 是从线圈平面与磁场方向平行的时刻开始计时的 D. 每当感应电动势 e 变换方向时, 穿过线圈的磁通量都最大
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答案: 日常所用的日光灯, 每秒钟闪光 100 次, 由于相邻两次闪光的 时间间隔很短( 0. 01 秒) , 所以我们平时感觉不到它在闪光. 但是, 当日光灯 照到正在快速旋转的电风扇叶片上时, 情况就不同了. 人眼所看到的影 像是像相片一样一张一张, 连续呈现而成的, 但因为人的眼睛接收影像的速度不快, 当扇页“ 快要” 转完一圈时 才接收到一个影像( 像刚开始是 0, 若每转 355° 时看到一次) 就感觉到风 扇是倒转.
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如图所示为交流发电机的结构和原理示意图 , 当线圈在磁场中缓 缓转动时, 观察电流表的指针, 可以判断( 次 B. 当线圈平面转动到跟磁感线平行时, 电流表指针的偏转角最大 C. 当线圈平面转动到跟磁感线垂直时, 电流表指针的偏转角最大 D. 如果线圈的转动是匀速的, 则线圈产生的感应电动势和感应电流 是周期性的 答案: AB D ) A. 指针随着线圈的转动而摆动, 并且线圈转动一周指针左右摆动一
三、交变电流
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1. 知道交变电流是如何产生的. 2. 定性了解交变电流的变化规律, 能 学习目标 用图象及特征物理量描述交变电流. 3. 知道交变电流通过电容器的原因, 了解这一特性在电子技术上的应用. 重点难点 重点: 交变电流的图象和物理量描述. 难点: 有效值概念的理解.
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三、交变电流能够通过电容器
电容器接到交流电源上时, 自由电荷不会通过两极板间的绝缘电 介质, 只不过在交变电压的作用下, 电容器交替进行充电和放电, 电路中 就有了电流, 表现为交变电流通过了电容器. 电容器能够“ 隔直流、通交流” .
答案: 家里的家用电器大部分都用交变电流, 如冰箱、 彩电、 洗衣机、 电热水器、电饭锅等. 它们的铭牌上通常标有: 额定电压、额定功率、额 定电流、所用交变电流的频率等.
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( 3) 周期和频率的关系: T= .
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答案: 可以观察到两个发光二极管交替发光. 该实验说明了发电机 产生的电流的方向随时间变化, 不是直流电, 是交变电流.
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二、交变电流的变化规律 1. 正弦式电流: 电网中的交变电流, 它的电流、电压随时间按正弦函 数的规律变化. 2. 瞬时值: 反映的是某时刻交变电流的大小和方向. 电压: u=U m si n ωt ; 电流: i =Im si n ωt . 3. 峰值: 说明交变电流在变化过程中所能达到的最大值, 反映了交 变电流大小的变化范围. U m 、Im 分别为交变电流电压、电流的峰值. 4. 周期和频率: ( 1) 周期: 交变电流完成一次周期性变化所用的时间, 符号为 T. 我国电网交变电流的周期是 0. 02 s. ( 2) 频率: 交变电流在 1 s内发生周期性变化的次数, 符号为 f , 单位为 H z. 我国电网交变电流的频率是 50 H z.
迁移训练 2 如图所示交变电流正值为某一正弦式交变 电流更换负值后的 i t 图象, 求该交变电流的有效值.
答案: 8. 7A 解析: 根据交变电流有效值的定义, 取一个周期
10 2 t t 2 t . IRt = ( 2) R ·2+ (-10) R ·2, t =0. 2
2
s, 则
100 2I = 2 +100, 所以有效值
无论是线圈转动, 还是磁体转动, 都是转子的转动使得穿过线圈的 磁通量发生变化, 在线圈中激发出感应电动势.
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解析: 由图象可知, 当t =0 时, 感应电动势有最大值, 说明穿过线圈的 磁通量的变化率最大, 即线圈平面与磁场平行, 选项 C 正确. t 感 1、t 3 时刻, 应电动势为零, 说明这两个时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零 , 即线 圈平面与磁场方向垂直, 穿过线圈的磁通量最大, 所以选项 B 正确, A 错误. 线圈平面通过中性面的时刻, 是感应电动势改变方向的时刻, 所以选项 D 正确. 答案: BCD
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1. 交变电流与直流电 (1)直流电: 方向不随时间变化的电流, 称为直流电, 简称直流, 用字母 “ D C” 或符号“ —” 表示. (2)交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流, 称为交变 电流, 简称交流, 用字母“ AC ” 或符号“ ~” 表示. 2. 交变电流的产生 (1)交流发电机的组成 各种发电机都由固定不动的“ 定子” 和能够连续转动的“ 转子” 组 成.
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一、交流发电机 1. 交流发电机由定子和转子组成. 工作原理是电磁感应定律. 交流 发电机产生的电流大小、方向都随时间做周期性变化. 2. 交变电流: 大小、方向都做周期性变化的电流. 3. 直流: 只沿一个方向流动的电流.
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解析: 从图中可以看出, 交变电流的最大值为 Im =20 A , 有效值为 I 有 = ������ =
I 20 A =10 2 2
2 A =14. 1A
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交变电流的周期为 T=0. 02 s, 所以 f = =50 H z 交变电流的瞬时值表达式为
i =Im si n ωt =Im si n(2πf t )=20si n(314t )A
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(2)如图是发电机原理图, 常见发电机有两类:
①旋转电枢式发电机: 线圈在磁场中旋转. 线圈(电枢)是转子, 磁体 是定子, 如图甲所示. ②旋转磁极式发电机: 磁体转动, 是转子; 线圈不动, 是定子. 如图乙 所示.
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活动与探究 当我们在使用电流表时, 反复强调电流表接入电路应当使电源的 正极与电流表的正极相连, 电源的负极与电流表的负极相连. 但在使用 家电时, 从不注意电源的正负极, 随手就将电源插头插入插座, 这是为什 么呢? 答案: 家用电流为交变电流, 电流方向是周期性变化的. 可由直流电 和交变电流的区别讨论.
A. 交变电流的频率 f =0. 2 Hz B. 交变电流的有效值 I 有=14. 1A C. 交变电流瞬时值表达式 i =20si n( 0. 02t )A D. 在t = 时刻, 电流的大小与其有效值相等
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在t = 时, 交变电流的瞬时值为 i =Im si n t = Im si n = ������ , 所以选 B 、D . 答案: BD
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