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1、英语英语人教版物理选修人教版物理选修3 同步教学课件同步教学课件21、22 怎样产生交变电流怎样产生交变电流 怎样描述交变电流怎样描述交变电流21.1.使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。 2.2.掌握交变电流的变化规律及表示方法。掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3.3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 3复习回顾复习回顾1.1.我们以前学过恒定电流，其主要特点是什么我们以前学过恒定电流，其主要特点是什么? ?电路中的电流与电压的大小和方向都不随时间发生变化电路中的电
2、流与电压的大小和方向都不随时间发生变化2.2.你知道冰箱和空调等家用电器所使用的电流的特点吗你知道冰箱和空调等家用电器所使用的电流的特点吗? ?其铭牌上所标示的其铭牌上所标示的“额定电压额定电压220V”220V”、“额定频率额定频率50Hz”50Hz”等字样和符号是什么意义吗？等字样和符号是什么意义吗？4什么是交变电流？什么是交变电流？1.1.直流电流直流电流(DC)(DC)方向不随时间变化的电流方向不随时间变化的电流2.2.交变电流交变电流(AC)(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流51)1)电动机与小灯泡组成闭合回路，当线框快速转动电动机与小灯
3、泡组成闭合回路，当线框快速转动时，观察到的实验现象？时，观察到的实验现象？小灯泡一闪一闪的小灯泡一闪一闪的小实验小实验62)2)电动机与电流表组成闭合回路电动机与电流表组成闭合回路，当，当线框缓慢线框缓慢转动时，转动时，观察观察到的实验现象？到的实验现象？7 用学生电源把照明电路中用学生电源把照明电路中220V220V的交变电压变成的交变电压变成6V6V或或3V3V的低压交变电流或低压直流电，给小灯泡供电。把小灯泡的低压交变电流或低压直流电，给小灯泡供电。把小灯泡的两端接入示波器的输入端，观察示波器的波形图，并思的两端接入示波器的输入端，观察示波器的波形图，并思考问题：示波器显示出来的波形图分
4、别是什么形状？考问题：示波器显示出来的波形图分别是什么形状？8 演示演示: :观察直流电和交变电流的波形图观察直流电和交变电流的波形图9交变电流：电流大小和方向随时间作周期性变化的电流交变电流：电流大小和方向随时间作周期性变化的电流在前面的示波器中所显示的电流和电压随时间按正弦规律在前面的示波器中所显示的电流和电压随时间按正弦规律变化的交变电流就是正弦式交变电流，简称正弦式电流。变化的交变电流就是正弦式交变电流，简称正弦式电流。根据图像分析，恒定电流和交变电流的电压大小和方向与根据图像分析，恒定电流和交变电流的电压大小和方向与时间的关系各有什么特点？其图像跟数学中什么函数的图时间的关系各有什么
5、特点？其图像跟数学中什么函数的图像相似？像相似？电器产品的铭牌和技术资料中，常用字母电器产品的铭牌和技术资料中，常用字母“AC”AC”或符号或符号“”表示交流；而用字母表示交流；而用字母“DC”DC”或符号或符号“”表示直流表示直流10交流发电机交流发电机手摇发电机手摇发电机11一、交流发电机（基本组成）一、交流发电机（基本组成）用来产生感应用来产生感应电动势的线圈电动势的线圈（叫电枢）（叫电枢）用来产生磁用来产生磁场的磁极场的磁极12交流发电机模型的原理简图交流发电机模型的原理简图电刷电刷滑环滑环13NS磁极磁极电电 枢枢二、交流电动机的基本结构和原理二、交流电动机的基本结构和原理14中性面
6、中性面V / BV / B 最最 大大 = = 0 0abdc15NSa(b)d(c)e=0（1 1）在中性面位置）在中性面位置16V2VV1wtwtd(c)a(b)NSSNd(c)a(b)（2 2）转过中性面位置）转过中性面位置tBlvewsin2tEemwsin17Vd(c)a(b)（3 3）线圈与磁场平行）线圈与磁场平行e=2BLV18线圈经过中性面，感应电流方向改变。线圈经过中性面，感应电流方向改变。a(b)（4 4）转过）转过180180又在中性面位置又在中性面位置 e=019动画模拟动画模拟: :交流发电机的工作原理交流发电机的工作原理20线圈平面与磁感线垂直的位置线圈平面与磁感线
7、垂直的位置（1 1）线圈经过中性面时，穿过线圈的）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大，但磁通，但磁通量的变化率为零，线圈中的量的变化率为零，线圈中的电动势为零电动势为零（3 3）线圈经过）线圈经过中性面时，电流将改变方向中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，线圈转动一周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两次两次（2 2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零磁通量为零，但，但磁通量的变化率最大，线圈中的磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大电动势为最大。中性面中性面21则有则有 me=E sinte e为电动势在时
8、刻为电动势在时刻t t的瞬时值，的瞬时值，E Em m为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，在时刻以线圈经过中性面开始计时，在时刻t t线圈中的感应线圈中的感应电动势（电动势（abab和和cdcd边切割磁感线）边切割磁感线）12e=NBL L sintm12E =NBL L =NBS令1e=2NBL vsint2Lv=222（1 1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化me=E sint（2 2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化 mi=I sint（3 3）电路上的电压按正弦规律变化）电路上的电压按正
9、弦规律变化 mu=U sint 电流电流 通过通过R R时：时： mi=I sintmmu=iRU =I R.，成立条件：成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时，且匀速转动转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时，且匀速转动交变电流的变化规律交变电流的变化规律 （数学方法描述）（数学方法描述）23et t0 0E Em m-E-Em mi it t0 0I Im m-I-Im m四、交流电的图像四、交流电的图像 24五、交变电流的描述五、交变电流的描述（1 1）周期：交变电流完成）周期：交变电流完成一次周期性变化一次周期性变化所需的时间。所需的时间。（3 3）角频率：线圈在磁场中转动的）角
10、频率：线圈在磁场中转动的角速度角速度 （2 2）频率：交变电流一秒内完成）频率：交变电流一秒内完成周期性变化周期性变化的次数。的次数。物理意义：表示交流电物理意义：表示交流电变化的快慢变化的快慢关系：关系：1f=T2 = 2 fT一个周期内交变电流方向改变两次。一个周期内交变电流方向改变两次。1.1.周期和频率周期和频率25e/Ve/V0.50.5t/st/s-0.5-0.50.020.020.010.012.2.峰值和有效值峰值和有效值（1 1）峰值：电流或电压所能达到的最大值。）峰值：电流或电压所能达到的最大值。mE =NBS26电容电容耐压值（最大值）耐压值（最大值）27由于交变电流的大
11、小和方向随时间变化，它产生的效果由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间变化，在实际中我们常常不研究它的瞬时效果，也随时间变化，在实际中我们常常不研究它的瞬时效果，而是只要知道交变电流在某段时间内的平均效果就可以而是只要知道交变电流在某段时间内的平均效果就可以了。了。那么我们怎样来衡量交变电流的平均效果呢？那么我们怎样来衡量交变电流的平均效果呢？28思考与讨论思考与讨论221122(1)Q=2I Rt +2I Rt=2.8J2(2)Q=I RtI= 2.8A如图所示电流如图所示电流I I通过一个通过一个R=1R=1的电阻。它不是恒定电流。的电阻。它不是恒定电流。1. 1. 怎样
12、计算通过怎样计算通过s s内电阻内电阻R R中产生的热量中产生的热量? ?2. 2. 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻阻R R也能在也能在s s内产生同样的热量，这个电流是多大？内产生同样的热量，这个电流是多大？29定义：定义：根据电流的热效应来规定，让交流电与直流电分别根据电流的热效应来规定，让交流电与直流电分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。（2 2）有效值）有效值（
13、3 3）正弦交流电正弦交流电的有效值与最大值的关系：的有效值与最大值的关系：mEE=2mII=2E E、U U、I I说明：说明：A.A.以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；B.B.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值 C. C.交流电流表和交流电压表的读数是有效值交流电流表和交流电压表的读数是有效值D.D.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值对于交流电若没有特殊说明的均指有效值30平均值：平均值：E=Nt求通过某导体截面的电量一定要用平均值。求通过某导体截面的电量一定要用平均值。（4 4）峰值（最大值）、有效
14、值、平均值在应用上的区别）峰值（最大值）、有效值、平均值在应用上的区别在求交流电的功、功率和电热时必须用交流电的有效值在求交流电的功、功率和电热时必须用交流电的有效值峰值和有效值满足峰值和有效值满足 的关系的关系。231(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲六、交变电流的种类六、交变电流的种类32 1. 1.我国生产和生活用交流电的周期我国生产和生活用交流电的周期T=_sT=_s，频率，频率f= _Hzf= _Hz，角速度，角速度=_ra
15、d/s=_rad/s，在，在1s1s内电流的方内电流的方向变化向变化_次。次。0.020.025050100100100100332.2.在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是电流的是 ，属于正弦交变电流的是，属于正弦交变电流的是 。tiA AB BC CD DA B DA B DA A343.3.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是下面说法中正确的
16、是( )( )T T1 1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零T T2 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大T T3 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大每当每当e e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大D D354.4.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为值为311V311V，线圈在磁场中转动的角速度，线圈在磁场中转动的角速度=100rad/s=100rad/s。（1 1）写出感应电动势的瞬时值
17、表达式。）写出感应电动势的瞬时值表达式。（2 2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为总电阻为100100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在在t=1/120st=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3 3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180180的过程中，电动势的最大值、的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？平均值分别是多少？36答案：答案：（1 1）e=311sin100te=311sin100t（2 2）I=3.11sinI=3.11si
18、n（1001001/1201/120）=3.11=3.111/2=1.551/2=1.55（A A）（3 3）E Em m=311V E=N/t=2NBS/198V=311V E=N/t=2NBS/198V371.1.掌握交变电流的产生原理，知道中性面的特点。掌握交变电流的产生原理，知道中性面的特点。 2.2.掌握交变电流的变化规律及表示方法。掌握交变电流的变化规律及表示方法。 3.3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。 正弦式交流：正弦式交流：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时，且匀速转动转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时，且匀速转动（1 1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化me=E sint（2 2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化 mi=I sint（3 3）电路上的电压按正弦规律变化）电路上的电压按正弦规律变化 mu=U sint 电流电流 通过通过R R时：时： mi=I sintmmu=iRU =I R.，有效值是根据电流的热效应来规定的有效值是根据电流的热效应来规定的