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【备课精选】2012高二物理新人教版选修3-2课件5.1《交变电流》_图文

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高中物理新人教版 选修3-2系列课件

第五章《交变电流》

第一节 《交变电流》

教 学 目 标
? (一)知识与技能 ? 1.使学生理解交变电流的产生原理,知道什么是 中性面。 ? 2.掌握交变电流的变化规律及表示方法。 ? 3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准 确含义。 ? (二)过程与方法 ? 1.掌握描述物理量的三种基本方法(文字法、公 式法、图象法)。 ? 2.培养学生观察能力,空间想象能力以及将立体 图转化为*面图形的能力。 ? 3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。

? (三)情感、态度与价值观 ? 通过实验观察,激发学*兴趣,培养良好的学* *惯,体会运用数学知识解决物理问题的重要性 ? 教学重点 ? 交变电流产生的物理过程的分析。 ? 教学难点 ? 交变电流的变化规律及应用。 ? 教学方法 ? 演示法、分析法、归纳法 ? 教学手段 ? 手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学 课件、示教用大的电流表

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 2、交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流

交变电流可以变成直流!
交变电流是如何产生的呢?

二、交变电流的产生
交 流 发 电 机 模 型

做一做

二、交变电流的产生
1、线圈在匀强磁场中绕垂直于 磁场的轴匀速转动

2、过程分析

(1)在线圈转动的过程中,那些边会产生感应电动势?

ab边

cd边

(2)怎样将立体图转化为*面图?

将立体图转化为*面图

(3)在线圈由甲转到乙的过程中,AB边中电流向哪个 方向流动? 由a→b 丙转到丁呢? 由b→a

(4)线圈转到什么位置,电流最小(没有电流)? 线圈转到什么位置,电流最大?

2、过程分析
B⊥S Φ最大
E=0 I=0 中性面

垂直磁场方向的*面叫做中性面。
线圈经过中性面时,Φ最大, 但线圈中的电动势为零 (V // B)

判断此位置有没有感应电流,方向怎么样?

N
b c a

N
V
d

a d

V

S S

S

B∥S Φ=0 E最大

I最大
感应电流方向a到b 线圈与磁场*行时,Φ最小, 但线圈中的电动势最大 (V⊥B)

判断此位置有没有感应电流,方向怎么样?

N N

S S

B⊥S V // B

Φ最大 E=0 I=0

中性面
B∥S V⊥ B Φ=0 E、I最大

感应电流方向b到a

(3)在线圈由甲转到乙的过程中,AB边中电流向哪个 方向流动? 由a→b 丙转到丁呢? 由b→a (4)线圈转到什么位置,电流最小(没有电流)? 线圈转到什么位置,电流最大? 线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流; 转到乙、丁位置时线圈中电流最大!

思考与讨论

线圈转动一周, 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?

c(d)

O a(b)

1.中性面:垂直磁场方向的*面. (1)线圈经过中性面时,穿过线圈的磁通量最大 φ=BS,但△φ/△t =0最小,( ab和cd边都不切 割磁感线),线圈中的感应电动势为零.

(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.
2. 线圈*行与磁感线时, φ=0,△φ/△t 最大,感应 电动势最大。

三、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时,切割边L1,另一边L2,推 导任意时刻t线圈中的感应电动势(演示 )

e ? 2 NBL1v sin ?t


e ? NB?L1 L2 sin ?t
令Em ? NB?L1 L2=NBSω 则有

L2 又v ? ? 2

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)NBSω

1、电动势按正弦规律变化

E

max

? nB?S

e ? Em sin ?t
u ? U m sin ?t
i ? I m sin ?t

2、电流按正弦规律变化 3、电压按正弦规律变化

电流i通过R时:u ? iR ,U m ? I m R.
成立条件: 转轴垂直匀强磁场,经中性面时开始计时

四、交流电的图像
b

c
d

d
K A

c
b

c
d
L a

b a

b a

b

c
d

a L

k
B

A

k

c K L B A d L

L

B

a

A

k B

A

B

e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π

t
ωt

o

π/2

π

四、交流电的图像
e

Em
0

t i

-Em
Im

0 -Im

t

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

课堂练*

大小 和方向 1、交变电流: 都随时间做 周期性变化 的电流叫 做交变电流.电压和电流随时间按 正弦规律变化的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轴匀速旋 转时,线圈中就产生 正弦交流电 .

3、当线圈*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 中性面 .线圈*面每经过中性面 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 两次 .

4、线圈从中性面开始转动,角速度是ω,
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 e=Emsinωt .若电路总电阻为R,则

sinωt. 感应电流的瞬时值I为 i=(Em/R)· e
Em

0
-Em

t

六、交流发电机

1、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、种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转 动的部分叫转子,不动的部分叫定子

5、交流发电机有两种,
即 旋转磁极式 、旋转电枢式 .其 中转动的部分叫 转子 ,不动的部

分叫 定子 .发电机转子是 由 水轮机 、 蒸汽轮机 或其它动
力机带动

6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线 圈*面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时 间t的变化如图所示,下面说法中正确的是 C 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的绝对值最大 D.每当e变换方向时,通过线圈的磁通量绝 对值最小 e
Em 0 -Em t1 t2 t3 t4

t

5.1交变电流 小结
1、知道交变电流定义(AC):大小和方向都随时间作周期性变化 的电流。方向不随时间变化的电流为直流电(DC)。辨析电流图。 2、理解交变电流产生的过程:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场 的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。 垂直磁场方向的*面叫做中性面。 (重点) 3、推导和理解交变电流的变化规律:(重难点) (1)方向变化规律----线圈*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。 φ 最大,△φ/△t =0最小,感应电动势最小E=0 (2)大小变化规律----按正弦规律变化:(能画出瞬时线速度分 解图) e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值(峰值) i=Imsinωt Im=Em/R+r 叫电流的最大值(峰值) u=Umsinωt Um=ImR 叫电压的最大值(峰值) 电流通过R时: u ? iR ,U m ? I m R.

三、课堂练*
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* 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

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。
0.0628V 线圈*面与磁场方向*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*均感应电动势。
. .E .
*均 =

S ω/π 2NB

练*
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 电流峰值为:

Im=Em/R=400÷2000=0.2A 电流瞬时值的表达式为: i=ImsinWt=2sin314t

4、 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、*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=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)

=0 =0 E , I (甲) Φ 有最大值 .

,

有最大值 I 有最大值 E , (乙) 电流方向: a —>b .

E =0 , I (丙)Φ 有最大值

=0 .

,

, (丁) E 有最大值 I 有最大值 电流方向: b—>a .

为了能更方便地说明问题,我们将立体图转 化为*面图来分析.(学生画)

问题:各环节电流方向?电流最大最小的位置?大致画出i-t图 像?线圈转动一周,电流方向改变多少次?



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