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1、高中物理选修 交变电流第1页，此课件共13页哦 1.本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续，是楞次定律及法本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续，是楞次定律及法拉第电磁感应定律的具体应用。其知识特点是需要了解识记的基本概拉第电磁感应定律的具体应用。其知识特点是需要了解识记的基本概念较多，但重点内容突出，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表念较多，但重点内容突出，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。原理和远距离输电。
2、另外，简单介绍了电感、电容对交变电流的影响。2.本章知识的另一个特点是与科学、技术、社会联系密切，输本章知识的另一个特点是与科学、技术、社会联系密切，输电工程又是属于知识密集型工程，在学习的过程中，要注意理论联电工程又是属于知识密集型工程，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用。系实际，要善于知识的迁移、综合和应用。第2页，此课件共13页哦名师支招：名师支招：(1)线圈经过中性面时电流方向改变，在一个周期内，电流方向改变两次。线圈经过中性面时电流方向改变，在一个周期内，电流方向改变两次。(2)感应电动势的最大值感应电动势的最大值Em=nBS，Em仅由仅由n、B、S、四
3、个物理量四个物理量决定，与转轴的具体位置和线圈形状无关。决定，与转轴的具体位置和线圈形状无关。要点一要点一 中性面与峰值面的比较中性面与峰值面的比较中性面中性面峰值面峰值面含义含义线圈平面与磁线圈平面与磁场方向垂直场方向垂直线圈平面与磁线圈平面与磁场方向平行场方向平行磁通量磁通量最大最大(BS)零零磁通量的变化率磁通量的变化率0最大最大感应电动势感应电动势0最大最大(nBS)学案1 交 变 电 流第3页，此课件共13页哦要点二要点二 描述交变电流描述交变电流“四值四值”的比较的比较名师支招：名师支招：在进行交变电流相关的计算时，一定要注意题中具体应用的是什么物理量，根据上述的在进行交变电流相关
4、的计算时，一定要注意题中具体应用的是什么物理量，根据上述的适用情况恰当的选择适用情况恰当的选择“四值四值”。物理量物理量物理意义物理意义重要关系重要关系适用情况及说明适用情况及说明瞬时值瞬时值交变电流某一刻的交变电流某一刻的值值e=Emsinti=Imsint计算线圈某时刻的电流情况和感应计算线圈某时刻的电流情况和感应电动势情况，该式是从中性面开始电动势情况，该式是从中性面开始计时计时峰值峰值最大的瞬时值最大的瞬时值Em=nBS讨论电容器的击穿电压讨论电容器的击穿电压有效值有效值跟交变电流热效应跟交变电流热效应等效的恒定电流值等效的恒定电流值对正弦式对正弦式交变电流交变电流计算与热效应有关的物
5、理量计算与热效应有关的物理量铭牌上额定电压或额定电流值，铭牌上额定电压或额定电流值，交流电表的读数交流电表的读数保险丝的熔断电流保险丝的熔断电流平均值平均值交变电流图象中图交变电流图象中图线和时间轴所围成线和时间轴所围成的面积与时间的比的面积与时间的比值值计算通过电路横截面积的电荷量计算通过电路横截面积的电荷量第4页，此课件共13页哦 1.交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。注意交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。注意“三同三同”；“相相同电阻同电阻”上、上、“相同时
6、间相同时间”内、产生内、产生“相同热量相同热量”。计算时。计算时“相同时间相同时间”一般取一个周期的时间。一般取一个周期的时间。2.在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下，在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下，所给出的交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值。所给出的交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值。3.非正弦交变电流的有效值，应按有效值的定义计算。非正弦交变电流的有效值，应按有效值的定义计算。要点三要点三 对交变电流有效值的理解对交变电流有效值的理解电流名称电流名称电
7、流图象电流图象有效值有效值正弦式交变电流正弦式交变电流正弦半波电流正弦半波电流正弦单向脉动电流正弦单向脉动电流矩形脉动电流矩形脉动电流非对称性交变电流非对称性交变电流4.几种典型交变电流的有效值几种典型交变电流的有效值第5页，此课件共13页哦 例如例如,上表中非对称性交变电流有效值的计算要根据上表中非对称性交变电流有效值的计算要根据“三同三同”列方程列方程(在一个周期内在一个周期内),所以所以 。名师支招：名师支招：(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，把握住计算有效值时要注意根据电流的热效应，把握住“三同三同”；“相同时间相同时间”内内“相同电阻相同电阻”上产生上产生“相同热量相同热量”
8、列式求解。列式求解。(2)利用两类公式利用两类公式Q=I2Rt和和 可分别求得电流有效值和电压有效值。可分别求得电流有效值和电压有效值。(3)若图象部分是正弦若图象部分是正弦(或余弦或余弦)交流电，其中的交流电，其中的 和和 周期部分可直接应用周期部分可直接应用 的关系。的关系。第6页，此课件共13页哦【例例1】如图】如图11-1-3所示，边长为所示，边长为l的正方形线框的正方形线框 abcd的匝数为的匝数为n，ad边的中点和边的中点和bc边的中点的边的中点的 连线连线OO恰好位于匀强磁场的边界上，磁恰好位于匀强磁场的边界上，磁 感应强度为感应强度为B，线圈与外电阻，线圈与外电阻R构成闭合电构
9、成闭合电 路，整个线圈的电阻为路，整个线圈的电阻为r。现在让线框以。现在让线框以 OO连线为轴，以角速度连线为轴，以角速度匀速转动，从匀速转动，从 图示时刻开始计时，求：图示时刻开始计时，求：(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式；闭合电路中电流瞬时值的表达式；(2)当当 时，电阻时，电阻R两端的电压值。两端的电压值。热点一热点一 交变电流的产生交变电流的产生图图11-1-3【答案】【答案】第7页，此课件共13页哦 【解析解析】(1)沿沿OO方向看去，磁场分布的侧视图如图方向看去，磁场分布的侧视图如图11-1-4所示。所示。由图可知，线圈转动时只有一条边切割磁感线，产生感应电动势，由图可知，线圈转
10、动时只有一条边切割磁感线，产生感应电动势，在在t 时刻线圈的电动势为时刻线圈的电动势为 e=nBlv=nBlvsint 其中其中 解得解得 e=nBl2sint 据闭合电路欧姆定律可知，闭合电路中的电流为据闭合电路欧姆定律可知，闭合电路中的电流为 (2)由电流瞬时值表达式知，由电流瞬时值表达式知，时，流过电阻时，流过电阻的电流为的电流为 由部分电路欧姆定律知，由部分电路欧姆定律知，时，电阻时，电阻两端电压为两端电压为 。图图11-1-4 【名师支招】【名师支招】(1)只有具体推导，才能得出正确的瞬时值表达式，解析本题时，若不具体推导，只凭记只有具体推导，才能得出正确的瞬时值表达式，解析本题时，
11、若不具体推导，只凭记忆忆Em=nBS，写出瞬时值表达式，就刚好掉入出题者设计的陷阱。，写出瞬时值表达式，就刚好掉入出题者设计的陷阱。(2)闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律对交变电流也是适用的。闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律对交变电流也是适用的。(3)写瞬时值表达式时，必须注意在写瞬时值表达式时，必须注意在t=0时刻，感应电动势时刻，感应电动势(或电流或电流)的值是否为零，只有从线圈垂的值是否为零，只有从线圈垂直于匀强磁场直于匀强磁场(位于中性面位于中性面)时刻开始计时时，交变电流的瞬时值表达式才是正弦函数式。时刻开始计时时，交变电流的瞬时值表达式才是正弦函数式。第8页，此课件共13页哦
12、1(单项选择单项选择)如图如图11-1-5(a)所示，一矩形线圈所示，一矩形线圈abcd放放置在匀强磁场中，并绕过置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴中点的轴OO以角以角速度速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角=45时时(如图如图11-1-5(b)为计时起点，并规定当电流为计时起点，并规定当电流自自a流向流向b时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是()图图11-1-5D第9页，此课件共13页哦【例例2】如图】如图11-1-6所示是一交流电压随时间变化所示是一交流电压随时间变化 的图象，此交流电压的有效值等于的
13、图象，此交流电压的有效值等于_。热点二热点二 交变电流有效值的计算交变电流有效值的计算 【解析解析】如图】如图11-1-6所示给出的是一方波交所示给出的是一方波交流电，周期为流电，周期为0.3，前，前 时间内时间内1100V，后，后 时间内时间内2-50。设。设该交流电压的有效值为该交流电压的有效值为，根据有效值的定，根据有效值的定义，有义，有 代入已知数据，解得代入已知数据，解得 图图11-1-6 【名师支招】【名师支招】公式公式 和和 只适用于正弦式交变电流，对于非正弦只适用于正弦式交变电流，对于非正弦式交变电流的有效值，据有效值的定义求解。式交变电流的有效值，据有效值的定义求解。第10页
14、，此课件共13页哦 2【答案】【答案】多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的，如图灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的，如图11-1-7所示为经过一个可控硅所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压。即在正弦交变电流的每一个二分之一周期中，前面四调节后加在电灯上的电压。即在正弦交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分
15、之一周期被截去，调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的分之一周期被截去，调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为多少？电压。那么现在电灯上的电压为多少？图图11-1-7第11页，此课件共13页哦【例例3】如图】如图11-1-8所示，匀强磁强所示，匀强磁强B=0.1 T，所用矩形线圈的匝数，所用矩形线圈的匝数 N=100，边长，边长ab=0.2 m，bc=0.5 m，以角速度，以角速度=100 rad/s绕绕 OO轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：(1)线圈产生的感应电动势的峰
16、值；线圈产生的感应电动势的峰值；(2)线圈中感应电动势的瞬时值表达式线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(3)由由t=0至至t=T/4过程中的平均电动势值。过程中的平均电动势值。热点三热点三 交变电流的峰值、瞬时值、平均值的计算交变电流的峰值、瞬时值、平均值的计算图图11-1-8 【解析解析】(1)因线圈在匀强磁场中绕因线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动，所以轴匀速转动，所以Em=NBS。又又S=abbc 所以所以Em=NBabbc=1000.10.20.5100 V=314 V。(2)由于线圈平面通过中性面开始计时，所以交流电瞬时值表达式由于线圈平面通过中性面开始计时，所以交流电瞬时值表达式 e=
17、Emsint=314sin100t V。(3)由由 计算计算t=0至至t=T/4过程中的平均电动势过程中的平均电动势 即即 =NBS。代入数值得代入数值得 =200 V。【答案】【答案】(1)314 V (2)e=314sin100t V (3)200 V 【名师支招【名师支招】(1)感应电动势的最大值感应电动势的最大值Em=NBS，求解时不要忘记线圈的匝数，求解时不要忘记线圈的匝数N。(2)求线圈转动过程中某段时间内的平均电动势时，应用求线圈转动过程中某段时间内的平均电动势时，应用 求解，但应注意求解，但应注意的正负及的正负及与与t的对应关系。的对应关系。第12页，此课件共13页哦 3(单项
18、选择单项选择)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图11-1-9所示，此线圈与一个所示，此线圈与一个R=10 的电阻构成闭合电路。的电阻构成闭合电路。不计电路的其他电阻。不计电路的其他电阻。下列说法正确的是下列说法正确的是()A.交变电流的周期为交变电流的周期为0.125 sB.交变电流的频率为交变电流的频率为8 HzC.交变电流的有效值为交变电流的有效值为 AD.交变电流的最大值为交变电流的最大值为4 AC图图11-1-9第13页，此课件共13页哦