高中物理選修1-1第三章33交變電流

1、 一、感應(yīng)電動(dòng)勢一、感應(yīng)電動(dòng)勢 1感應(yīng)電動(dòng)勢：感應(yīng)電動(dòng)勢：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢 2實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟磁通變化的快慢有關(guān)。感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟磁通變化的快慢有關(guān)。 3磁通量的變化率：磁通量的變化率：設(shè)時(shí)刻設(shè)時(shí)刻t1的磁通量是的磁通量是1，時(shí)刻，時(shí)刻t2的磁通量變的磁通量變?yōu)闉?，則：，則：磁通量的變化量：磁通量的變化量： 21磁通量的變化率：磁通量的變化率：/t=(21)/(t2t1)知識(shí)回顧知識(shí)回顧 二、法拉第電磁感應(yīng)定律二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1法拉第電磁感應(yīng)定律：法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟穿過這一電電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小跟

2、穿過這一電路的磁通量的變化率成正比路的磁通量的變化率成正比 2單匝：單匝：E/t n匝：匝：E=n/t 3發(fā)電：發(fā)電：其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能原理：原理：法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律新課導(dǎo)入新課導(dǎo)入19世紀(jì)初，蒸汽機(jī)改變了自古以來依靠世紀(jì)初，蒸汽機(jī)改變了自古以來依靠人力、畜力的生產(chǎn)形態(tài)。蒸汽動(dòng)力推動(dòng)著火人力、畜力的生產(chǎn)形態(tài)。蒸汽動(dòng)力推動(dòng)著火車和船隊(duì)，加快了不同國家、不同民族的物車和船隊(duì)，加快了不同國家、不同民族的物資流通和文化交流。大片農(nóng)田變成了工資流通和文化交流。大片農(nóng)田變成了工廠廠小資料小資料法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，激勵(lì)著已批科法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，激勵(lì)著

3、已批科學(xué)家和工程師進(jìn)行機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奶剿鳌Ｋ麑W(xué)家和工程師進(jìn)行機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奶剿?。他們?cè)O(shè)想：廠房中巨型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電也許會(huì)比蒸們?cè)O(shè)想：廠房中巨型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電也許會(huì)比蒸汽動(dòng)力更加強(qiáng)大，它能通過導(dǎo)線跨越千山萬水，汽動(dòng)力更加強(qiáng)大，它能通過導(dǎo)線跨越千山萬水，讓家家戶戶都用電流照明，機(jī)器、火車都由電流讓家家戶戶都用電流照明，機(jī)器、火車都由電流提供動(dòng)力提供動(dòng)力發(fā)電發(fā)電機(jī)機(jī)到了到了1895年，美國利用尼亞加拉大瀑布發(fā)出年，美國利用尼亞加拉大瀑布發(fā)出了巨大的電能。一年后，電能被傳輸?shù)搅司薮蟮碾娔?。一年后，電能被傳輸?shù)?0英里外英里外的布法羅市，使得全城大放光明?，F(xiàn)在，電能已的布法羅市，使得全城大放光明

4、?，F(xiàn)在，電能已流淌到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。流淌到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。如今，人類的電氣化理想已實(shí)現(xiàn)，電能不僅如今，人類的電氣化理想已實(shí)現(xiàn)，電能不僅使我們的社會(huì)生活更加豐富多彩，而且已經(jīng)成為使我們的社會(huì)生活更加豐富多彩，而且已經(jīng)成為支撐現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要支柱。支撐現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要支柱。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力知識(shí)與能力1了解交流發(fā)電機(jī)的工作原理。了解交流發(fā)電機(jī)的工作原理。2使學(xué)生了解交流電的產(chǎn)生原理。使學(xué)生了解交流電的產(chǎn)生原理。3掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法。4理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中理解交變電流的瞬時(shí)值和最大值及中性面的準(zhǔn)確含義。性面的準(zhǔn)確含義。5

5、培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、空間培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、空間想象能力想象能力及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖的能力。及將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖的能力。過程與方法過程與方法1定性了解交流的變化規(guī)律及其圖像表示定性了解交流的變化規(guī)律及其圖像表示和主要特征物理量。和主要特征物理量。2知道交流能通過電容器的原因，了解交知道交流能通過電容器的原因，了解交流這一特性在電子技術(shù)中的應(yīng)用。流這一特性在電子技術(shù)中的應(yīng)用。情感態(tài)度與價(jià)值觀情感態(tài)度與價(jià)值觀初步了解發(fā)電機(jī)、交變電流的發(fā)明和利用初步了解發(fā)電機(jī)、交變電流的發(fā)明和利用對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步的作用，進(jìn)一步體驗(yàn)科學(xué)、對(duì)促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步的作用，進(jìn)一步體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)生活之間的密切關(guān)系。技

6、術(shù)與社會(huì)生活之間的密切關(guān)系。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn)法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程以及法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程以及對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢公式的理解。對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢公式的理解。難點(diǎn)難點(diǎn)交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。交變電流產(chǎn)生的物理過程的分析。本章導(dǎo)航本章導(dǎo)航一交流發(fā)電機(jī)一交流發(fā)電機(jī)二交流的變換規(guī)律二交流的變換規(guī)律三交流能夠通過電容器三交流能夠通過電容器四交流的有效值四交流的有效值1發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造：發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造：定子定子-磁極或電樞磁極或電樞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-電樞或磁極電樞或磁極電樞電樞-產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的線圈磁極磁極-產(chǎn)生磁場產(chǎn)生磁場2種類：種類：（1）旋轉(zhuǎn)電樞式）旋轉(zhuǎn)電樞式定子定子

7、-磁極磁極轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-電樞電樞（2）旋轉(zhuǎn)磁極式）旋轉(zhuǎn)磁極式定子定子-電樞電樞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-磁極磁極3能的轉(zhuǎn)化：能的轉(zhuǎn)化：將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能4原理簡圖原理簡圖（插入動(dòng)畫）（插入動(dòng)畫）4交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生（1）直流：）直流：電流方向電流方向不隨時(shí)間不隨時(shí)間改變而改變改變而改變的電流的電流（2）交變電流）交變電流:大小和方向都大小和方向都隨時(shí)隨時(shí)間做周期性變化間做周期性變化的電流，的電流，叫做交變電流，簡稱叫做交變電流，簡稱交交流流。（2）產(chǎn)生原因）產(chǎn)生原因: ab邊和邊和cd邊切割磁邊切割磁感線。感線。線圈轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，穿過線圈轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，穿過線圈的磁通量發(fā)生線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈

8、中產(chǎn)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢演示演示1探究交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程探究交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程如圖，把燈泡與電如圖，把燈泡與電流表串聯(lián)起來接到手搖流表串聯(lián)起來接到手搖發(fā)電機(jī)的兩端，轉(zhuǎn)動(dòng)搖發(fā)電機(jī)的兩端，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，可以看到燈泡被點(diǎn)把，可以看到燈泡被點(diǎn)亮。亮。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，燈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，燈泡的亮度有什么變化？泡的亮度有什么變化？電流表的示數(shù)有什么變電流表的示數(shù)有什么變化？化？ （1）實(shí)驗(yàn)儀器：）實(shí)驗(yàn)儀器：交流發(fā)電機(jī)、電燈、電流表。交流發(fā)電機(jī)、電燈、電流表。 （2）實(shí)驗(yàn)過程：）實(shí)驗(yàn)過程：將交流發(fā)電機(jī)、電燈、電流表連接成電路，將交流發(fā)電機(jī)、電燈、電流表連接成電路，搖動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，觀察電燈的亮度有

9、什么變化？搖動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，觀察電燈的亮度有什么變化？電流表的示數(shù)有什么變化？電流表的示數(shù)有什么變化？ （3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電燈的亮度忽明忽暗，電流表的指針忽左忽電燈的亮度忽明忽暗，電流表的指針忽左忽右。右。 （4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流大小和方向都在不斷變化，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流大小和方向都在不斷變化，大小、方向隨時(shí)間做周期性變化。大小、方向隨時(shí)間做周期性變化。家庭用于日常生活的電燈、家用電器，使用家庭用于日常生活的電燈、家用電器，使用的電是由電網(wǎng)送來的。電網(wǎng)送來的電也是交變電的電是由電網(wǎng)送來的。電網(wǎng)送來的電也是交變電流，它的大小、方向都在隨時(shí)間不斷的變化。交流，它的大小、

10、方向都在隨時(shí)間不斷的變化。交變電流變化的規(guī)律可以用示波器顯示出來。變電流變化的規(guī)律可以用示波器顯示出來。電網(wǎng)供給的交流經(jīng)過降壓后能使小燈泡發(fā)光。電網(wǎng)供給的交流經(jīng)過降壓后能使小燈泡發(fā)光。把示波器的兩個(gè)輸入端接到小燈泡的兩端，在熒把示波器的兩個(gè)輸入端接到小燈泡的兩端，在熒光屏上會(huì)看到燈泡兩端的電壓隨時(shí)間變化的曲線。光屏上會(huì)看到燈泡兩端的電壓隨時(shí)間變化的曲線。觀察交流的波形觀察交流的波形演示演示2實(shí)驗(yàn)儀器：實(shí)驗(yàn)儀器：示波器、小燈泡、導(dǎo)線、學(xué)生電源。示波器、小燈泡、導(dǎo)線、學(xué)生電源。實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)過程：將示波器和燈泡并聯(lián)接入電路中，用將示波器和燈泡并聯(lián)接入電路中，用示波器演示加在燈泡兩端的電壓。示波器演

11、示加在燈泡兩端的電壓。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：顯示的電壓圖象顯示的電壓圖象為正弦曲線。為正弦曲線。觀察注燈炮兩端電壓的波形觀察注燈炮兩端電壓的波形 炮兩端電壓的波形炮兩端電壓的波形1交流的變化規(guī)律交流的變化規(guī)律圖像圖像（1）坐標(biāo)：）坐標(biāo)：時(shí)間時(shí)間t t為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，i i或或u u為縱坐標(biāo)。為縱坐標(biāo)。（2）圖象形狀：）圖象形狀：正弦曲線。正弦曲線。（3）物理意義：）物理意義：反映反映i i或或u u隨時(shí)間變的規(guī)律。隨時(shí)間變的規(guī)律。U Um m- UmUm04T34Tut2TT2正弦式電流：正弦式電流：（1）定義：）定義：電流、電壓隨時(shí)間按正弦函數(shù)的規(guī)律變電流、電壓隨時(shí)間按正弦函數(shù)的規(guī)律變化，

12、叫做化，叫做正弦式電流正弦式電流。例電網(wǎng)中的交變電流。例電網(wǎng)中的交變電流。（2）正弦式電流的表達(dá)式）正弦式電流的表達(dá)式i=Ii=Im msint u=Usint u=Um msintsint 各量含義：各量含義：i i、u u表示瞬時(shí)值。表示瞬時(shí)值。I Im m、U Um m分別表示電流、電壓的最大值，分別表示電流、電壓的最大值，叫做交流的峰值。叫做交流的峰值。是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。3交流的周期和頻率交流的周期和頻率（1）周期：）周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，用用T表示，單位是表示，單位是s（2）頻率：）頻率：1s內(nèi)交變電流

13、完成周期性變化的次數(shù)，用內(nèi)交變電流完成周期性變化的次數(shù)，用f 表示，表示，單位赫茲單位赫茲，簡稱赫，符號(hào)，簡稱赫，符號(hào)Hz （3）頻率和周期有如下關(guān)系：）頻率和周期有如下關(guān)系：（4）我國使用的交變電流）我國使用的交變電流，頻率是，頻率是50 Hz。1Tf=1fT或或 =3交變電流的種類交變電流的種類(1)(1)正弦交流電正弦交流電(2)(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓示波器中的鋸齒波掃描電壓(3)(3)電子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖電子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖(4)(4)激光通信中的尖脈沖激光通信中的尖脈沖1電容器主要應(yīng)用：電容器主要應(yīng)用： 隔直流，通交流。隔直流，通交流。 【解析】【解析】電容器的充電和放電

14、表現(xiàn)為交流電容器的充電和放電表現(xiàn)為交流通過了電容器。金屬中的電流時(shí)由于負(fù)電荷的通過了電容器。金屬中的電流時(shí)由于負(fù)電荷的定向移動(dòng)形成的，它等效于正電荷向相反方向定向移動(dòng)形成的，它等效于正電荷向相反方向的移動(dòng)。上圖用到了這樣的的移動(dòng)。上圖用到了這樣的等效畫法等效畫法。臺(tái)式收音機(jī)、臺(tái)式收音機(jī)、 錄音機(jī)都用電網(wǎng)中的交流錄音機(jī)都用電網(wǎng)中的交流代替電池供電，所以機(jī)內(nèi)都有代替電池供電，所以機(jī)內(nèi)都有“整流整流”電路，電路，把把交流變?yōu)橹绷鹘涣髯優(yōu)橹绷?。但是整流后仍有一部分交。但是整流后仍有一部分交流成分，這部分電流通過揚(yáng)聲器時(shí)會(huì)產(chǎn)生嗡流成分，這部分電流通過揚(yáng)聲器時(shí)會(huì)產(chǎn)生嗡嗡的聲音。為了解決這個(gè)問題，在整流電路

15、嗡的聲音。為了解決這個(gè)問題，在整流電路和收音機(jī)的工作電路之間要安裝電容器，整和收音機(jī)的工作電路之間要安裝電容器，整流后的交流成分大部分流過這個(gè)電容器，流流后的交流成分大部分流過這個(gè)電容器，流過收音機(jī)工作電路的就是比較穩(wěn)定的直流了。過收音機(jī)工作電路的就是比較穩(wěn)定的直流了。電容器能把混雜在直流中的交流成分濾掉電容器能把混雜在直流中的交流成分濾掉聲音通過話筒形成的電流也是交變電流，它聲音通過話筒形成的電流也是交變電流，它的頻率與聲音相同，叫做的頻率與聲音相同，叫做音頻電流音頻電流。收錄機(jī)要把音頻電流做幾級(jí)放大，才能送到收錄機(jī)要把音頻電流做幾級(jí)放大，才能送到揚(yáng)聲器發(fā)聲。各級(jí)放大器的工作狀態(tài)并不相同，揚(yáng)

16、聲器發(fā)聲。各級(jí)放大器的工作狀態(tài)并不相同，分別需要穩(wěn)定的電流，而音頻信號(hào)卻要從一級(jí)傳分別需要穩(wěn)定的電流，而音頻信號(hào)卻要從一級(jí)傳到下一級(jí)，它們之間也要用到電容器。到下一級(jí)，它們之間也要用到電容器。電容器把音頻信號(hào)傳到下一級(jí)，而不讓直流通過電容器把音頻信號(hào)傳到下一級(jí)，而不讓直流通過 1概念的引入：概念的引入：為了反映交變電流所產(chǎn)生的效果，引入有為了反映交變電流所產(chǎn)生的效果，引入有效值的概念。效值的概念。 2定義：定義：使交變電流使交變電流和直流通過相同阻值的電阻，和直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谌绻鼈冊(cè)谙嗟葧r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交變電流的

17、這一直流的數(shù)值叫做這一交變電流的有效有效值值。三相等。三相等。 3特點(diǎn)：特點(diǎn)：交變電流的有效值根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)交變電流的有效值根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定，與定，與電流的方向無關(guān)電流的方向無關(guān)。4有效值與峰值的大小關(guān)系：有效值與峰值的大小關(guān)系： 5說明：說明：（1）在各種使用交變電流的電器設(shè)備上，）在各種使用交變電流的電器設(shè)備上，所標(biāo)注的額定電壓、額定電流值，都是交流的有所標(biāo)注的額定電壓、額定電流值，都是交流的有效值。效值。 （2）電器儀表測量的也都是交流的有效值。）電器儀表測量的也都是交流的有效值。10.7072mmIII=10.7072mmUUU= = =1交變電流：交變電流：大小和方向都隨

18、時(shí)間做周期性變化的電流大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流2交變電流的產(chǎn)生：交變電流的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)3交變電流的變化規(guī)律：交變電流的變化規(guī)律：表達(dá)式：表達(dá)式： i=Ii=Im msint sint ，u=Uu=Um msintsint 課堂小結(jié)課堂小結(jié)Um- Um04T34Tut2TT4描述交流的物理量描述交流的物理量（1）周期）周期T：完成一次周期性變化所需的時(shí)間。完成一次周期性變化所需的時(shí)間。（2）頻率）頻率f：1s1s內(nèi)交變電流完成周期性變化的次數(shù)。內(nèi)交變電流完成周期性變化的次數(shù)。（3）關(guān)系：）關(guān)系：互為倒數(shù)。我國使用的頻率是互為倒數(shù)。我國

19、使用的頻率是50 Hz50 Hz。5電容器主要應(yīng)用：電容器主要應(yīng)用： 隔直流，通交流。隔直流，通交流。6交流的有效值：交流的有效值：（1 1）使交流和直流通過相同的電阻，在相等時(shí)間內(nèi)）使交流和直流通過相同的電阻，在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等產(chǎn)生的熱量相等（2）有效值與峰值的大小關(guān)系：）有效值與峰值的大小關(guān)系： 0.707mII=12mUU= =高考鏈接高考鏈接08廣東卷廣東卷小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢與時(shí)在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖2所示：此線圈在一個(gè)所示：此線圈在一

20、個(gè)10的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻。下列說法正確的是（）阻。下列說法正確的是（）A交變電流的周期為交變電流的周期為0.125sB交變電流的頻率為交變電流的頻率為8zC交變電流的有效值為交變電流的有效值為D交變電流的最大值為交變電流的最大值為4A 20-20001250250t/se/V圖圖22AC【08上海卷】某集裝箱吊車的交流電動(dòng)機(jī)上海卷】某集裝箱吊車的交流電動(dòng)機(jī)輸入電壓為輸入電壓為380V，則該交流電電壓的最大值，則該交流電電壓的最大值為為_V。當(dāng)?shù)踯囈?。?dāng)?shù)踯囈?1m/s的速度勻速的速度勻速吊起總質(zhì)量為吊起總質(zhì)量為57103kg的集裝箱時(shí)，測得的集裝箱時(shí)，測得電動(dòng)機(jī)的電流為電動(dòng)機(jī)的電流為20A，電動(dòng)機(jī)的工作效率為，電動(dòng)機(jī)的工作效率為_。（。（g取取10m/s2）380 275課堂練習(xí)課堂練習(xí)1下列表示交變電流的有（）下列表示交變電流的有（）表示正弦交變電流的有（）表示正弦交變電流的有（）iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teuCEE2我國生產(chǎn)和生活用交流電的周期我國生產(chǎn)和生活用交流電的周期T_s，頻率，頻率f= _Hz，角速度，角速度_rad/s，在，在1s內(nèi)電流的方向變化內(nèi)電流的方向變化_次。次。0.02501001003交變電