魯科版選修32交變電流是怎樣產(chǎn)生的 課件 （48張）.ppt

3 3交變電流是怎樣產(chǎn)生的 復(fù)習(xí)回顧 一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí) 導(dǎo)體中就產(chǎn)生電流 物理學(xué)中把這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng) 由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流 二 電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件 只要穿過(guò)閉合電路的磁通量變化 閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 三 磁通量 穿過(guò)閉合回路的磁感線的條數(shù) bs 復(fù)習(xí)回顧 一 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1 內(nèi)容 電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比 這就是法拉第電磁感應(yīng)定律 二 法拉第電磁感應(yīng)定律 2 表達(dá)式 一 交流發(fā)電機(jī) 用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈 叫電樞 用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極 基本組成 基本種類 旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī) 圖a 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī) 圖b 無(wú)論哪種發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子 不動(dòng)的部分叫定子 區(qū)別 前者 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不能很高 后者 能克服上述缺點(diǎn) 提供很高的電壓 二 交變電流的產(chǎn)生原理 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)線圈時(shí) 電流計(jì)指針在左右搖動(dòng) 線圈每轉(zhuǎn)一周 指針左右擺動(dòng)一次 1 交變電流 大小和方向都隨時(shí)間作周期變化的電流 叫做交變電流 簡(jiǎn)稱交流 2 閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生交變電流 但這不是產(chǎn)生交流的唯一方式 如 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī) 二 交變電流的產(chǎn)生原理 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) b c d 為了能更方便地說(shuō)明問(wèn)題 我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來(lái)分析 特點(diǎn) b s 最大 e 0 i 0中性面 沒(méi)有邊切割磁感應(yīng)線 特點(diǎn) b s 0 e最大 i最大 感應(yīng)電流方向d c b a d 乙 a b d c 邊垂直切割磁感應(yīng)線 a b c d 特點(diǎn) b s 最大 e 0 i 0中性面 沒(méi)有邊切割磁感應(yīng)線 特點(diǎn) b s 0 e最大 i最大 感應(yīng)電流方向a b c d a a b d c 邊垂直切割磁感應(yīng)線 開(kāi)始新的周期 設(shè)正方形線圈的邊長(zhǎng)為l 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)b中繞垂直于磁場(chǎng)的對(duì)稱軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 如圖所示 ab和cd邊垂直于紙面 轉(zhuǎn)軸為o 1 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周 電流方向改變多少次 2 線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最大 這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是最大還是最小 3 線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)磁通量最小 這時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是最大還是最小 回答問(wèn)題 4 試推導(dǎo)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化規(guī)律公式 1 中性面 線圈平面與磁感線垂直的位置叫做中性面 1 線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí) 穿過(guò)線圈的磁通量最大 但磁通量的變化率為零 ab和cd邊都不切割磁感線 線圈中的電動(dòng)勢(shì)為零 2 線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí) 電流將改變方向 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周 兩次經(jīng)過(guò)中性面 電流方向改變兩次 三 交變電流的變化規(guī)律 數(shù)學(xué)表達(dá)式 以線圈經(jīng)過(guò)中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 在時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ab和cd邊切割磁感線 所以 當(dāng) t 2時(shí) 則有 e為電動(dòng)勢(shì)在時(shí)刻t的瞬時(shí)值 em為電動(dòng)勢(shì)的最大值 峰值 nb s 成立條件 轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng) 經(jīng)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 1 電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化 2 電流按正弦規(guī)律變化 3 電路上的電壓按正弦規(guī)律變化 電流通過(guò)r時(shí) 正弦交變電流的圖象 交變電流的變化規(guī)律 如果以時(shí)間t為橫坐標(biāo) 以電流i或電壓u為縱坐標(biāo) 把電流或電壓變化的規(guī)律用曲線畫(huà)出來(lái) 會(huì)得到下圖所示的正弦曲線 按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦交變電流 簡(jiǎn)稱正弦式電流 它是一種最簡(jiǎn)單 最基本的交變電流 我國(guó)家庭電路中的交變電流就是正弦交變電流 小結(jié) 1 交流發(fā)電機(jī)有兩種 即和其中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫 不動(dòng)的部分叫 2 正弦交變電流的變化規(guī)律 1 方向變化規(guī)律 當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí) 線圈各邊都不切割磁感線 線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流 這樣的位置叫做 線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次 感應(yīng)電流方向就改變一次 因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周 感應(yīng)電流方向改變 2 大小變化規(guī)律 按正弦規(guī)律變化 e emsin tem nbs 叫電動(dòng)勢(shì)的最大值i imsin tim em r叫電流的最大值u umsin tum imr叫電壓的最大值 中性面 兩次 旋轉(zhuǎn)磁極式 旋轉(zhuǎn)電樞式 轉(zhuǎn)子 定子 例題 一矩形線圈 面積為s 匝數(shù)為n 在場(chǎng)強(qiáng)為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞著中軸oo 做勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度為 磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 求 1 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值 2 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式 3 若線圈中的電阻為r 則線圈中的電流的最大值為多少 4 線圈中的電流瞬時(shí)表達(dá)式 1 在如圖所示的幾種電流隨時(shí)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 abd a d 3一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示 下面說(shuō)法中正確的是 t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零 t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大 t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大 每當(dāng)e變換方向時(shí) 通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大 答案 d d 4 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)線圈ab邊長(zhǎng)為20cm ad邊長(zhǎng)為10cm 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 0 01t 線圈的轉(zhuǎn)速n 50r s 求 電動(dòng)勢(shì)的最大值及對(duì)應(yīng)的線圈位置 0 0628v線圈平面與磁場(chǎng)方向平行 5 如圖所示 匝數(shù)為n 面積為s的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)b中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度為 求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)180度時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 一 周期和頻率 1 周期 交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間 角頻率 線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 2 頻率 交變電流一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù) 物理意義 表示交流電變化的快慢 3 關(guān)系 一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次 1 我國(guó)生產(chǎn)和生活用交流電的周期t s 頻率f hz 角速度 rad s 在1s內(nèi)電流的方向變化 次 0 02 50 100 100 課堂練習(xí) 2 某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系 如圖所示 如果其它條件不變 僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍 則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)?a 400v 0 02sb 200v 0 02sc 400v 0 08sd 200v 0 08s b 3 如圖示為某正弦交流電流的圖像 求其峰值 周期和角速度 并寫(xiě)出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式 im 20a 100 rad s 電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i 20sin100 t a t 0 02s 什么是交變電流的峰值 em im um 0 02 0 01 二 峰值和有效值 1 峰值 電流或電壓所能達(dá)到的最大值 電容器的耐壓值 由于交變電流的大小和方向隨時(shí)間變化 它產(chǎn)生的效果也隨時(shí)間變化 在實(shí)際中我們常常不研究它的瞬時(shí)效果 而是只要知道交變電流在某段時(shí)間內(nèi)的平均效果就可以了 那么我們?cè)鯓觼?lái)衡量交變電流的平均效果呢 請(qǐng)看下面的思考與討論 2 瞬時(shí)值 e i u 3 有效值定義 根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定 讓交流與直流分別通過(guò)相同的電阻 如果在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等 就把這個(gè)直流的數(shù)值叫做這個(gè)交流的有效值 4 正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系 e u i 二 峰值和有效值 說(shuō)明 a 以上關(guān)系式只適用于正弦或余弦交流電 b 交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值 c 交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值 d 對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指有效值 平均值 2 求通過(guò)某導(dǎo)體截面的電量一定要用平均值 注意 峰值 最大值 有效值 平均值在應(yīng)用上的區(qū)別 1 在求交流電的功 功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值 4 某交流電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示 則此交流電的頻率是 hz 若將該電壓加在10uf的電容器上 則電容器的耐壓值不應(yīng)小于 v 若將該電壓加在一阻值為1k 的純電阻用電器上 用電器恰能正常工作 為避免意外事故的發(fā)生 該電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于 a 200 200 2 0 25 200 u v t s 課堂練習(xí) 5 圖中兩交變電流通過(guò)相同的電阻r 求 1 分別寫(xiě)出它們的有效值 周期和頻率 2 計(jì)算它們?cè)趓上產(chǎn)生的功率之比 2 p甲 p乙 i12r i22r i1 i2 2 1 2 6 如圖表示一交流的電流隨時(shí)間變化的圖像 求該電流的有效值 小結(jié) 3 最大值 峰值 emum m 4 瞬時(shí)值 uie 1 周期 交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間 2 頻率 一秒內(nèi)完成周期性變化的