高中物理选修3-2课件

三．交变电流的变化规律
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 ）
e 2 NBLv sin t
所以 e
L v 2
NBL sin t
2
令 Em NBL2=NB ωS
则有 e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）．
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？
4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。
1．中性面：线圈平面与磁感线垂直的 位置叫做中性面． （1）线圈经过中性面时，穿过线圈 的磁通量最大，但磁通量的变化率为 零（ ab和cd边都不切割磁感线）， 线圈中的电动势为零． （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．
e 2 BLv sin t
1 v 2
令 所以
e BL sin t
2
则有
Em BL2 =B ωS
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值．
Em ＝NBSω
设线圈平面从中性面开始转动， 角速度是ω．经过时间t，线圈转 过的角度是ωt，cd边的线速度v 的方向跟磁感线方向间的夹角也 等于ωt．ab、cd宽L1，ad、bc 长L2 ，磁感应强度是B.
答案： D
3. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，其它条件 不变，则电动 势的变化规律将变化为： A。e=EmSin2ωt C. e=2EmSin4ωt
答 案
B. e=2EmSin2ωt D. e=2EmSinωt
B
４、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 为
e= Emsinω t
．若线圈电阻为Ｒ，
则 感 应 电 流 的 瞬 时 值 Ｉ
i= Em/(R· sinω t) ． e
Em
0
t
-Em
5.影响产生感应电动势大小的因素可能是 （ ABC ） A.线圈的面积 B.线圈的转速 C.磁场强弱 D.线圈电阻
，
转子 不动的部分叫
由
定子
．发电机转子是
水轮机 、
蒸汽轮机 或其它动力
机带动．
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
e=Emsinωt
i=Imsinωt
Em=NBSω叫电动势的最大值
Im=Em/R叫电流的最大值
u=Umsinωt
Um=ImR叫电压的最大值
１、交变电流： 大小 和 方向 都随时间 做 的电流叫做交变电流． 周期性变化 电压和电流随时间按 变化的 正弦规律 交流电叫正弦交流电． ２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕 垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈 中就会产生 ． 感应电流 ３、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 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 ．
四、交流电的图像
b
c d
c
b K L B A d L
c
b a a
b
b
c
a
d
k
L
k A
c K L B A d L
a
d
A
k B
A
B
a
B
五、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
小结
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 3、交变电流的变化规律： （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。 （2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流——中性面
(丙 ) B⊥S，φ最大，各边不切割磁感Leabharlann Baidu线，无感应电流— —中性面 E=0 , I=0，Φ有最大值
B∥S，φ=0，垂直切割，感应电流最大
B∥S，φ=0，垂直切割， E最大,感应电流最大,电 流方向b—>a
（1）（甲）（丙）中性面（线圈与磁感线垂直的平面
交流电的图像
b
c d
c
b K L B A d L
c
b a a
b
b
c
a
d
k
L
k A
c K L B A d L
a
d
A
k B
A
B
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
完整地看交流电产生
交流发电机
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： ①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极 （2）发电机的基本种类 ①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动） ②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。
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．
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是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？
u=Umcosωt(从从B∥S开始计时)
1.建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em、ω， 同时注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲 线，e=Emsinωt;从垂直中性面开始是余弦曲线， e=Emcosωt）. 2.由Em=N· 2BL1v=NBL1L2ω=NBSω=NΦmω 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=NBSωsinωt 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。
• 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂 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．
看动画回答问题：
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？
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ω，求线 ω 圈从图示位置转过180度时间 内的平均感应电动势。
. .E .
平均 =
S ω/π 2NB
交流发电机简介
５、交流发电机有两种，即 旋转磁极式
和 旋转电枢式．其中转动的部分叫
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 A B D ，属于正弦交变电流的 是 。 A
i t A B C D
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。
（1）电动势按正弦规律变化
e Em sin t
• 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性 面时开始计时．
（2）电流按正弦规律变化 （3）电路上的电压按正弦规 u U m sin t 律变化 电流 i I m sin t 通过R时：
i I m sin t
u iR，U m I m R.
5.1 交 变 电 流
直流电(DC) 电流方向不随时间而改变
一、交变电流
按下图所示进行实验演示
交变电流(AC)
• 交变电流(交流):大小和方向都随 时间做周期性变化的电流.
交流发电机模型的原理简图
二、交变电流的产生
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴匀速转动
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.
a. 磁通量Φ最大 b. E＝0，磁通量的变化率ΔΦ/Δt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
（2）（乙）（丁）最大值面（线圈垂直中性面） 特点：a. 磁通量Φ为0 b. E最大，磁通量的变化率ΔΦ/Δt 最大
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二、交变电流的变化规律
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 ）
两次
４、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 e= 为 Emsinω t ． 若线圈电 阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ
为
i= (Em/R)· sinω t ． e
Em
0
t
-Em
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。
(甲 )
没有边切割磁感应线
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
(乙 )
a（b）、d（c）边垂直 切割磁感应线，
B∥S，φ=0，E最大，I最大， 感应电流方向b到a
(丙 )
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
B∥S，φ=0，E最大，I最大， 感应电流方向a到b
• 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂 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． 回答问题：
（2）电流按正弦规律变化 （3）电路上的电压按正弦规律变化
电流
i I m sin t
u U m sin t
i I m sin通过 tR时：
u iR，U m I m R.
2、交变电流的变化规律 (1)感应电动势: e=nBsωsinωt=Emsinωt(从中性面开始计时) e=nBsωcosωt=Emcosωt(从B∥S开始计时) (2)感应电流: i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(从中性面开始计 时 ) i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt (从从B∥S开始计时) (3)外电路电阻两端的电压: u=Umsinωt(从中性面开始计时)
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=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值 Im=Em/R叫电流的最大值 Um=ImR叫电压的最大值
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.
B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流—— 中性面
(甲 ) B⊥S，φ最大，各边不切割磁感应线，无感应电流— —中性面 E=0 , I=0，Φ有最大值
B∥S，φ=0， a（b）d（c）垂直切割，感应电流最大
(乙 )
B∥S，φ=0， a（b）d（c）垂直切割， E最大,感应电流最大,电 流方向a —>b
cd边中的感应电动势就是 e BL1V⊥ BL1 L2 2 sin t 1 2 BL1L2 sin t 而且两边又是串联的
ab 边中的感应电动势跟cd边中的大小相同， 所以，这一瞬间整个线圈感应电动势
c d
（1）电动势按正弦规律变化 e Em sin t
• 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面 时开始计时．