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文檔簡介
1、高中物理新人教版選修3-2系列課件,第五章《交變電流》,第一節(jié)《交變電流》,教 學 目 標,(一)知識與技能1.使學生理解交變電流的產生原理,知道什么是中性面。2.掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。3.理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義。(二)過程與方法1.掌握描述物理量的三種基本方法(文字法、公式法、圖象法)。2.培養(yǎng)學生觀察能力,空間想象能力以及將立體圖轉化為平面圖形的能力。3.培養(yǎng)學生運用數(shù)
2、學知識解決物理問題的能力。,(三)情感、態(tài)度與價值觀通過實驗觀察,激發(fā)學習興趣,培養(yǎng)良好的學習習慣,體會運用數(shù)學知識解決物理問題的重要性教學重點交變電流產生的物理過程的分析。教學難點交變電流的變化規(guī)律及應用。 教學方法 演示法、分析法、歸納法 教學手段 手搖單相發(fā)電機、小燈泡、示波器、多媒體教學課件、示教用大的電流表,1、直流電流(DC),方向不隨時間變化的電流,2、交變電流(AC),大小和方向都隨時間做周期性變化的電
3、流,一、交變電流的概念,交變電流可以變成直流!,交變電流是如何產生的呢?,交流發(fā)電機模型,二、交變電流的產生,做一做,,,1、線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動,二、交變電流的產生,,2、過程分析,(1)在線圈轉動的過程中,那些邊會產生感應電動勢?,ab邊 cd邊,(2)怎樣將立體圖轉化為平面圖?,,將立體圖轉化為平面圖,,(3)在線圈由甲轉到乙的過程中,AB邊中電流向哪個方向流動?
4、 丙轉到丁呢?,(4)線圈轉到什么位置,電流最?。]有電流)? 線圈轉到什么位置,電流最大?,由a→b,由b→a,B⊥S,Φ最大,E=0,I=0,中性面,垂直磁場方向的平面叫做中性面。,線圈經(jīng)過中性面時,Φ最大,但線圈中的電動勢為零,2、過程分析,(V // B),,N,S,,S,N,,a,b,c,d,a,d,判斷此位置有沒有感應電流,方向怎么樣?,B∥S,Φ=0,E最大,I最大,感應電流方向a到b,線圈
5、與磁場平行時,Φ最小,但線圈中的電動勢最大,(V⊥B),判斷此位置有沒有感應電流,方向怎么樣?,N,S,S,N,,,,B⊥S,Φ最大,E=0,I=0,中性面,B∥S,Φ=0,E、I最大,感應電流方向b到a,V // B,V⊥B,,(3)在線圈由甲轉到乙的過程中,AB邊中電流向哪個方向流動? 丙轉到丁呢?,(4)線圈轉到什么位置,電流最?。]有電流)? 線圈轉到什么位置,電流
6、最大?,由a→b,由b→a,線圈轉到甲、丙位置時線圈中沒有電流; 轉到乙、丁位置時線圈中電流最大!,線圈轉動一周,多少次經(jīng)過中性面?電流方向改變多少次?,思考與討論,,,1.中性面:垂直磁場方向的平面.(1)線圈經(jīng)過中性面時,穿過線圈的磁通量最大φ=BS,但△φ/△t =0最小,( ab和cd邊都不切割磁感線),線圈中的感應電動勢為零.(2)線圈經(jīng)過中性面時,電流將改變方向,線圈轉動一周,兩次經(jīng)過中性面,電流方向改
7、變兩次.2.線圈平行與磁感線時,φ=0,△φ/△t最大,感應電動勢最大。,以線圈經(jīng)過中性面開始計時,切割邊L1,另一邊L2,推導任意時刻t線圈中的感應電動勢(演示 ),∴,令,則有,e為電動勢在時刻t的瞬時值,Em為電動勢的最大值(峰值)NBSω,=NBSω,三、交變電流的變化規(guī)律,1、電動勢按正弦規(guī)律變化,2、電流按正弦規(guī)律變化,3、電壓按正弦規(guī)律變化,電流i通過R時:,成立條件:轉軸垂直勻強磁場,經(jīng)中性面時開始計時,,,,,,
8、,四、交流電的圖像,,,四、交流電的圖像,,,,e,t,0,,,Em,-Em,,,,,,i,t,0,,,Im,-Im,,,(1)正弦交流電,(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓,(3)電子計算機中的矩形脈沖,(4)激光通信中的尖脈沖,五、交變電流的種類,2、交流電的產生:矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速旋轉時,線圈中就產生 .,1、交變電流: 和 都隨時間做 的電流叫做交變電流.電
9、壓和電流隨時間按 變化的交流電叫正弦交流電,大小,方向,正弦規(guī)律,正弦交流電,周期性變化,課堂練習,3、當線圈平面垂直于磁感線時,線圈各邊都不切割磁感線,線圈中沒有感應電流,這樣的位置叫做 ?。€圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應電流方向就改變一次,因此線圈轉動一周,感應電流方向改變 ?。?中性面,兩次,4、線圈從中性面開始轉動,角速度是ω,線圈中的感應電動勢的峰值是Em,那么在任一時刻t感應電動勢的瞬時值e為 ?。?/p>
10、電路總電阻為R,則感應電流的瞬時值I為 .,e=Emsinωt,i=(Em/R)·sinωt,六、交流發(fā)電機,,1、組成:①用來產生感應電動勢的線圈(叫電樞) ②用來產生磁場的磁極 2、種類 ①旋轉電樞式發(fā)電機 ②旋轉磁極式發(fā)電機轉動的部分叫轉子,不動的部分叫定子,5、交流發(fā)電機有兩種,
11、即 、 ?。渲修D動的部分叫 ,不動的部分叫 .發(fā)電機轉子是由 、 或其它動力機帶動,旋轉磁極式,旋轉電樞式,轉子,定子,水輪機,蒸汽輪機,6、一矩形線圈,繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面的固定軸轉動,線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖所示,下面說法中正確的是A.t1時刻通過線圈的磁通量為零B.t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大C.t3時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大D.每當e變換方向時
12、,通過線圈的磁通量絕對值最小,C,1、知道交變電流定義(AC):大小和方向都隨時間作周期性變化的電流。方向不隨時間變化的電流為直流電(DC)。辨析電流圖。,3、推導和理解交變電流的變化規(guī)律:(重難點)(1)方向變化規(guī)律----線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應電流的方向就改變一次;線圈轉動一周,感應電流的方向改變兩次。 φ 最大,△φ/△t =0最小,感應電動勢最小E=0,(2)大小變化規(guī)律----按正弦規(guī)律變化:(能畫出瞬時線速度分解圖
13、) e=Emsinωt Em=NBSω叫電動勢的最大值(峰值) i=Imsinωt Im=Em/R+r 叫電流的最大值(峰值) u=Umsinωt Um=ImR 叫電壓的最大值(峰值),,5.1交變電流 小結,2、理解交變電流產生的過程:線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動產生正弦式交變電流。能畫出四幅過程圖。 垂直磁場方向的平
14、面叫做中性面。 (重點),,電流通過R時:,1.在如圖所示的幾種電流隨時間變化的圖線中,屬于交變電流的是 ,屬于正弦交變電流的是 。,,,A,B,C,D,,,A B D,A,三、課堂練習,,2 一矩形線圈繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內的固定軸轉動,線圈中的感應電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示,下面說法中正確的是( ):,T1時刻通過線圈的磁通量為零;T2時刻通
15、過線圈的磁通量的絕對值最大;T3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大;每當e變換方向時,通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。,答案: D,1. 矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動。設線圈ab邊長為20cm,ad邊長為10cm,磁感應強度 B=0.01T,線圈的轉速n=50r/s,求:電動勢的最大值及對應的線圈位置。,0.0628V 線圈平面與磁場方向平行。,,2. 如圖所示:匝數(shù)為N、面積為S的矩形線圈在勻強磁場B中勻速
16、轉動,角速度為ω,求線圈從圖示位置轉過180度時間內的平均感應電動勢。,練習,一臺發(fā)電機在產生正弦式電流。如果發(fā)電機電動勢的峰值為Em=400V,線圈勻速轉動的角速度為ω=314rad/s,試寫出電動勢瞬時值的表達式。如果這個發(fā)電機的外電路只有電阻元件,總電阻為2000Ω,電路中電流的峰值是多少?寫出電流瞬時值的表達式。,e=EmsinWt=400sin314t,解:,電動勢瞬時值的表達式為:,電流峰值為:,Im=Em/R=40
17、0÷2000=0.2A,電流瞬時值的表達式為:,i=ImsinWt=2sin314t,4、 一臺發(fā)電機產生的按正弦規(guī)律變化的感應電動勢的最大值為311V,線圈在磁場中轉動的角速度100πrad/s。 (1)寫出感應電動勢的瞬時值表達式。 (2)若該發(fā)電機只與含電阻的負載組成閉合電路,電路的 總電阻為100Ω,試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式,在t=1/120s時電流強度的瞬時值為多少?,(3)線圈從中性面轉過180度的
18、過程中,電動勢的最大值、平均值分別是多少?(4)轉動過程中磁通量的變化率最大值是多少?,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),,,(甲),(乙),(丙),(丁),E I
19、 ,電流方向: .,E , I , Φ .,E I ,電流方向: .,=0,=0,有最大值,有最大值,有最大值,a —>b,有最大值,有最大值,b—>a,E , I
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