1、交变电流,演示:观察直流电和交变电流的波形图,1、直流电流(DC),2、交变电流(AC),一、交变电流的概念,方向不随时间变化的电流称为直流电。电池供给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属于直流.,家庭电路中的电流,大小和方向都随时间做周期性变化,这样的电流叫做交变电流。,教学录像:用示波器观察交流电通过二极管前后的波形,二、交变电流的产生,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动,动画模拟 :交流发电机的原理,交变电流产生示意图：,假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图甲至乙。考虑下面几个问题。1、图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB
2、边中电流向哪个方向流动？3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大? 4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达 甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。,BS,最大,E=0,I=0,中性面,垂直磁场方向的平面叫做中性面。,线圈经过中性面时，最大，但线圈中的电动势为零,(V / B),过程分析,将立体图转化为平面图,=0,BS,=0,E最大,I最大,感应电流方向B到A,线圈与磁场平行时，最小，但线圈中的电动势最大,(VB),最大,BS,最大,E=0,I=0,中性面,BS,=0,E、I最大,感应电流方向C到
3、D,V / B,VB,线圈平面与磁感线垂直的位置,（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零,（3）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次,（2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。,中性面,矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( ) A当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动 势也为零 C每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次 D线框经过中性面时，
4、各边不切割磁感线,CD,变式训练 1.如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( ) A线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C图示位置ab边的感应 电流方向为ab D线圈平面与磁场方向 平行时，磁通量变化率为零,C,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）,三、交变电流的变化规律,以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线,ab和cd为L1,bc和ad为L2）,v,1.（1）电动势按正弦规律变化,（2）电流按正弦规律变化,（3）电路上的电压按正弦规律变化,电流 通过R时：,三、交变
5、电流的变化规律,成立条件： 转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,特别提醒： (1)瞬时值表达式与开始计时的位置有关 若线圈从中性面开始计时，eEmsint. 若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，eEmcost. (2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关,有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 ，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图,匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问： (1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？ (2)写出感应电动势随时间变 化的表达式 (3)线圈从图示位置转过60时，
6、 感应电动势的瞬时值是多大？,【思路点拨】 先根据EmNBS计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是eEmsint还是eEmcost.,(2)感应电动势的瞬时值表达式为eEmcost6.28cos10t V.(3)线圈转过60，感应电动势eEmcos603.14 V.,【方法总结】求解交变电流瞬时值可分三步 (1)确定线圈从哪个位置开始计时，进而确定表达式是正弦还是余弦形式； (2)确定线圈转动的角速度及线圈匝数n、磁感应强度B、线圈面积S等； (3)根据EmnBS，求出最大值后按表达式eEmsint或eEmcost代入Em及的具体数值,变式训练,解析：选C.交变电流的瞬时值表达式
7、eEmsint，其中EmNBS，当加倍而S减半时，Em不变，故C正确,四、交流电的图像,e,t,0,Em,-Em,i,t,0,Im,-Im,四、交流电的图像,正弦式交变电流的图象 1.对交变电流图象的认识 如图所示，正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变 化的规律，它们是正 弦曲线,2.交变电流图象的应用 从图象中可以解读到以下信息： (1)交变电流的最大值Im、Em、周期T. (2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻 (3)找出线圈平行于磁感线的时刻 (4)判断线圈中磁通量的变化情
8、况 (5)分析判断e、i、u随时间的变化规律,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，线圈中的感应电动 势e随时间的变化如图所示， 下列说法中正确的是( ) At1时刻通过的磁通量为零 Bt2时刻通过的磁通量的绝对值最大 Ct3时刻通过的磁通量变化率的绝对值最大 D每当e变换方向时通过的磁通量的绝对值最大,【精讲精析】 因电动势按余弦规律变化，故初始时刻线圈处于垂直中性面的位置，至t1时刻恰好到达中性面，磁通量最大，A错；t2时刻又垂直中性面，磁通量为零，但其变化率最大,B错；t3时刻又到达中性面，磁通量最大，但其变化率为零，C错；e变换方向时正是其大小为零时，也恰好是磁
9、通量最大时 【答案】 D,【方法总结】 分析交变电流图象时要注意一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义一定要把图象与线圈在磁场中的位置对应起来二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系例如可借助磁通量的变化图线与电动势的变化图线是否是互余关系来分析问题 三判：在此基础上进行正确的分析和判断,变式训练 3.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法中正确的是( ) At0时刻线圈平面与中性面垂直 Bt0.01 s时刻的变化率达最大 Ct0.02 s时刻感应电动
10、势达到最大 D该线圈相应的感应电动势图象如题图乙所示,如图所示，匀强磁场的磁感应强度B0.1 T，所用矩形线圈总电阻为R100 ，线圈的匝数n100，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s绕OO轴匀速转动，试求当线圈平面从图示位置 (与中性面垂直)转过90的 过程中： (1)线圈中的平均电动势 (2)通过线圈某一截面的电荷量,【答案】 (1)200 V (2)1102 C,(1)正弦交流电,(2)示波器中的锯齿波扫描电压,(3)电子计算机中的矩形脉冲,(4)激光通信中的尖脉冲,五、交变电流的种类,教学录像：用示波器观察几种交变电流的波形图,教学录像:交流发电机结构,
11、科学漫步 交流发电机,1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 ，属于正弦交变电流的是 。,A,B,C,D,A B D,A,课堂练习,2 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( )：,T1时刻通过线圈的磁通量为零； T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大； T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大； 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。,答案： D,3、 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311V，线圈在磁场中转动的角速度=100rad/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，电路的 总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？,（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,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）,谢谢,
