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1、物理交变物理交变(jio bin)电流人教选修电流人教选修第一页，共25页。第1页/共25页第二页，共25页。电气时代的到来法拉第于1831年发现了电磁感应现象之后，工程技术专家敏锐地意识到电力对人类生活的意义，纷纷投身于电力开发、传输和利用方面的研究1832年，法国发明家皮克西制成第一台手摇发电机；1867年，德国工程师西门子制造了第一台自馈式发电机，大大提高了发电的效率世界上第一台直流电动机则是在1834年由美国工程师达文波特在美国物理学家约瑟夫亨利的支持下制造的从此，电力开始成为取代蒸汽(zhn q)动力的新能源第2页/共25页第三页，共25页。电灯、电报、电话、电车、电焊、电影放映机等
2、的相继问世，使电力的应用范围不断扩大，人们对电力的需求因此也不断增长.1882年，法国物理学家德普雷发现了远距离送电的方法；同年，美国发明家爱迪生建立的第一个火力发电(hul fdin)站开始运行到19世纪末20世纪初，世界进入了电气时代第3页/共25页第四页，共25页。第4页/共25页第五页，共25页。1_大小(dxio)和方向_都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流；_不随时间变化的电流称为直流2正弦式交变电流的电动势e随时间变化的规律为_，式中_叫做电动势的峰值1大小(dxio)和方向方向2eEmsin tEm第5页/共25页第六页，共25页。第6页/共25页第七页，共25页。一、交变电
3、流的产生 1交变电流的定义大小和方向都随时间(shjin)做周期性变化的电流叫交变电流 2交变电流的产生过程分析：如右图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO转动时的截面图，ab和cd两个边切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)第7页/共25页第八页，共25页。具体分析如下图所示，当线圈(xinqun)转动到图位置时，导体不切割磁感线，线圈(xinqun)中无电流；当线圈(xinqun)转动到图位置时，导体垂直切割磁感线，线圈(xinqun)中有电流，且电流从a端流入；线圈(xinqun)在图位置同线圈(xinqun)在图位置；线圈(xinqun
4、)在图位置时，电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈(xinqun)在图位置同在图位置线圈(xinqun)这样转动下去，就在线圈(xinqun)中产生了交变电流第8页/共25页第九页，共25页。注意：(1)线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性(zhngxng)面(2)线圈垂直中性(zhngxng)面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最大第9页/共2
5、5页第十页，共25页。一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时()A线圈平面与磁感线方向垂直 B通过线圈的磁通量达到最大值 C通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D线圈中的电动势为零 解析：由中性面的特点(tdin)可知A、B、D正确 答案：ABD第10页/共25页第十一页，共25页。变变 式式 迁迁 移移(qiny)1下图中哪些情况线圈(xinqun)中产生了交流电()解析：由正弦交流电的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别(tbi)要求答案：BCD第11页/共25页第十二页，共25页。二、交变电流的变化规律 1交变电流的数学表达式 如右图所示，当线圈(xinqu
6、n)abcd经过中性面时开始计时，ab和cd边产生的电动势均为BLvsin t，则此时整个线圈(xinqun)的电动势为 e2BLvsin t.或写为eEmsin t 由eEmsin t知，线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫正弦交流电第12页/共25页第十三页，共25页。注意：(1)式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情况(2)在轴与磁场垂直的前提下，交变电流(dinli)的表达式与轴的位置无关(3)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得i sin t，可写为iImsin t.R两端电压可记为：uUmsin t.第13页/共25页第十四页，共25页。2正
7、弦交流电的图象 正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如右图所示从图中我们(w men)可以找出正弦交变电流的最大值Im、周期T，也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的时刻；线圈中磁通量最大的时刻是零时刻、t2时刻和t4时刻也可以根据线圈旋转至平行磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行磁感线的时刻；线圈中磁通量为零是在t1时刻和t3时刻，感应电动势最大和感应电流最大的时刻是t1时刻和t3时刻第14页/共25页第十五页，共2
8、5页。3交变电流的峰值(fn zh)(1)交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电流的峰值(fn zh)以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低(2)意义：磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬时值对单匝线圈而言，其电压的峰值(fn zh)可表示为第15页/共25页第十六页，共25页。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311 V，线圈(xinqun)在磁场中转动的角速度是100 rad/s.(1)写出感应电动势的瞬时值表达式；(2)若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100，试写出通过负载的电流的瞬时表达式在t s时的电流的瞬时值为多少？第16页/共
9、25页第十七页，共25页。第17页/共25页第十八页，共25页。变变式式迁迁移移(qiny)2.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流(dinli)的波形如右图所示，下列说法中正确的是()A在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值 B在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值 C在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值 D在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值第18页/共25页第十九页，共25页。解析：从题图中可知，t1时刻线圈中感应电动势达到峰值，磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，线圈平面与磁感线平行(pngxng)，t2时刻感应电动势等于零，磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达
10、到峰值，t3时刻感应电动势达到峰值，线圈中的磁通量变化率达到峰值正确答案为B、C.答案：BC第19页/共25页第二十页，共25页。第20页/共25页第二十一页，共25页。基基础础(jch)巩固巩固1下图所示图象(t xin)中属于交流电的有()解析：图A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们(t men)属于交流电正确答案为A、B、C.答案：ABC第21页/共25页第二十二页，共25页。7如图甲所示，一矩形闭合线圈(xinqun)在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO以恒定的角速度转动当从线圈(xinqun)平面与磁场方向平行时开始计时，线圈(xinqun)中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t2时刻()A线圈(xinqun)中的电流最大 B穿过线圈(xinqun)的磁通量为零C线圈(xinqun)所受的安培力为零 D线圈(xinqun)中的电流为零能能力力(nngl)提升提升第22页/共25页第二十三页，共25页。解析：，此时(c sh)线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误，由于此时(c sh)感应电动势为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零，A错误，C、D正确答案：CD第23页/共25页第二十四页，共25页。祝您第24页/共25页第二十五页，共25页。