3.1认识交变电流 课件-2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流 第一节 认识交变电流 粤教版 选择性必修第二册 如图所示,用学生电源把照明电路中220V的交变电压变成6V或3V的低压交变电压,给小灯泡供电。把小灯泡的两端接入示波器的输入端,观察示波器显示的波形图。 示波器显示出来的波形图是什么形状?需要引进哪些物理量进行描述? 日常生活和生产中所使用的交变电流是按正弦规律变化的。 一、交变电流的产生 1、交变电流的定义:强弱和方向都随时间做周期性变化的电流,称为交变电流,简称交流(AC)。 应用:电力工程、无线电电子技术、电磁测量 【观察与思考】如图所示,把电流计接入发电机模型的输出端,摇动发电机的手柄,使线圈在磁极之间转动,观察电流计指针的摆动情况。 问题1:观察电流计的指针有何变化,说明了什么?你能想到什么? 问题2:手柄摇得更快时,电流计的指针摆动的幅度有什么变化?说明了什么? 发电机产生的电流大小和方向在不断变化 手柄摇得越快,指针摆动幅度越大,表面交流电越大,方向变化越快 情境:如图是交流发电机的示意图。装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场,为了便于观察,图中只画出了其中的一匝线圈。线圈的 边连在金属滑环L上, 边连在滑环 K上;导体做的两个电刷A、B分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。 【思考问题】假定线圈沿逆时针方向匀速转动,如图所示。我们考虑下面几个问题。 (a) (b) (c) (d) (1)矩形线圈转动过程中,哪些边会产生电动势? (2)只有 、 边产生电动势,怎样由立体图画出平面图? (a) (b) (c) (d) (4)在线圈由(c)图转到(d)图所示位置的过程中, 边中电流向哪个方向流动? (3)在线圈由(a)图转到(b)图所示位置的过程中, 边中电流向哪个方向流动? (a) (b) (c) (d) (6)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线,在横坐标上标出线圈到达(a)、(b)、(c)、(d)各位置时对应的时刻。 (5)转到什么位置时线圈中没有电流,转到什么位置时线圈中的电流最大?这些位置磁通量及磁通量的变化率等物理量有什么特点? 无电流位置:(a)、(c) 电流最大位置:(b)、(d) 电流增大 电流增大 电流减小 电流减小 一、交变电流的产生 1、交变电流的定义:强弱和方向都随时间做周期性变化的电流,称为交变电流,简称交流(AC)。 2、中性面:线圈垂直于磁感线时所处的位置称为中性面。 (1)中性面的特点: ①线圈处于中性面时磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零,感应电流为零; ②线圈每经过中性面一次,感应电流的方向改变一次,线圈转动一周,两次经过中性面,电流方向改变两次。 (2)中性面的垂面的特点:线圈位于此位置时磁通量为零,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,感应电流最大。 二、用公式描述交变电流 【讨论与交流】如图所示是交流发电机线圈截面示意图。标有 的小圆圈表示线圈 边的横截面,标有 的小圆圈表示线圈 边的横截面。设 边的长度为 , 边的长度为 ,匀强磁场的磁感应强度为 。线圈平面从中性面开始以角速度 转动,经过时间 后转到图示位置。 根据上述信息,推导此时感应电动势的表达式。 问题1:此时,线圈与中性面的夹角是多少? 问题2: 边的速度是多少? 二、用公式描述交变电流 问题4: 边产生的感应电动势是多少? 问题3: 边速度的方向与磁场方向的夹角是多少? 问题5:线圈中的感应电动势是多少? 问题6:如果线圈不是从中性面开始旋转,线圈中感应电动势如何表述? 二、用公式描述交变电流 1、感应电动势的瞬时值: 2、感应电动势的峰值: 如果外电路的纯电阻 ,线圈本身的电阻为 ,可得电流随时间的变化规律 可得外电路两端的电压随时间的变化规律 正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流,简称正弦交流。 正弦交变电流随时间的变化 几种交变电流的波形 练习:一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值 =400 V,线圈匀速转动的 角速度 =314 rad/s,试写出电动势瞬时值的表达式(设0时刻电动势瞬时值为0)。如果这个发电机的外电路只有电阻元件,总电阻为2 kΩ,电路中电流的峰值为多少?写出电流瞬时值的表达式。 $