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文檔簡介
1、高中物理新人教版 選修-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
2、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
3、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,電流最大?,由ab,由ba,BS,最大,E=0,I=0,中性面,垂直磁場方向的平面叫做中性面。,線圈經過中性面時,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?,BS,=0,E最大,I最大,感應電流方向a到b,線圈與磁場平行時,最小,但線圈中的電動勢最大,(VB),判斷此位置有沒有感應電流,方向怎么樣?,N,S,S,N,BS,最大,E=0,I=0,中性面,BS,=0,E、I最大,感應電流方向b到a,V /
4、 B,VB,(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,電流最大?,由ab,由ba,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)線圈經過中性面時,穿過線圈的磁通量最大=BS,但/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)線圈經過中性面時,電流將改變方向,線圈轉動一周,兩次經過中性面,電流方向改變兩次 2.線圈平行與磁感線時,=0
5、,/t最大,感應電動勢最大。,以線圈經過中性面開始計時,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)NBS,=NBS,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,經中性面時開始計時,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,、交流電的
6、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 ,、交變電流: 和 都隨時間做 的電流叫做交變電流電壓和電流隨時間按 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,、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 線圈平面每經過中性面一次,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,、線圈從中性面開始轉動,角速度是,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 若電路總電阻為,則感應電流的瞬時值為 ,e=Emsint,i=(Em/R)sin
7、t,六、交流發(fā)電機,1、組成:用來產生感應電動勢的線圈(叫電樞) 用來產生磁場的磁極 2、種類 旋轉電樞式發(fā)電機 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,、交流發(fā)電機有兩種,即 、 其中轉動的部分叫 ,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,通過線圈的磁通量
8、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。 最大,/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) e=Emsint Em=NBS叫電動勢的最大值(峰值) i=Imsint Im=Em/R+r 叫電流的最大值(峰值) u=Umsint Um=ImR 叫電壓的最大值(峰值),5.1交變電流 小結,
9、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
10、。,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:匝數為N、面積為S的矩形線圈在勻強磁場B中勻速轉動,角速度為,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=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2000,電路中電流的峰值是多少?寫出電流
11、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=4002000=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100rad/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100,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=311Sin100t (2)I=3.11Sin(100*1/120)=3.11*1/2=1.55(A),(3)E m=311V E=N/t=2NBS/198V (4)/t=311/N(Wb/s),(甲),(乙),(丙),(丁),E I
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