1、第二章交變電流,1.交變電流,1.理解交變電流、恒定電流的概念. 2.理解交變電流的產(chǎn)生,學(xué)會(huì)分析線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周中電流方向的變化. 3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法. 4.知道交變電流的最大值、瞬時(shí)值的含義.,一、交變電流 1.恒定電流:大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流. 2.交變電流:大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流,其中電流隨時(shí)間按正弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流稱為正弦交變電流,它是一種最簡(jiǎn)單、最基本的交變電流.,某電路中電流隨時(shí)間的變化圖像如圖所示,結(jié)合交變電流的概念想一下,這是交變電流嗎?為什么? 提示:不是.因?yàn)榇穗娏鞯姆较虿浑S時(shí)間變化,電流的方向不隨時(shí)間變化的是直流電.,二、正弦交變

2、電流的產(chǎn)生和表達(dá) 1.產(chǎn)生:閉合矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線圈中就會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流.,2.描述.,其中,e、u、i分別是這幾個(gè)量的瞬時(shí)值,Em=NBS,從表格中的圖像來(lái)看是從線圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)的. 用一塊蹄形磁鐵慢慢地接近發(fā)光的白熾燈泡,可以看到燈絲在不停地顫抖,而移去磁鐵后就不再有這種現(xiàn)象. 想想看,是什么原因使燈絲顫抖起來(lái)的呢? 提示:家庭電路中,由于流過(guò)燈絲中的電流方向隨時(shí)間作周期性變化,所以處在磁場(chǎng)中的燈絲受到的安培力的大小、方向都隨時(shí)間作周期性變化,因而燈絲就會(huì)不停地顫抖.,探究一,探究二,探究三,兩個(gè)特殊位置的對(duì)比分析,特別提醒在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,磁通

3、量的變化率與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流的變化步調(diào)一致,而與磁通量的變化步調(diào)相反.,探究一,探究二,探究三,對(duì)正弦交變電流圖像的理解 正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖像上表示出來(lái),圖像描述的是交變電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律,它們是正弦曲線,如圖所示.,從圖像中可以解讀到以下信息: (1)交變電流的最大值Im、Em、周期T. (2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均為零,磁通量最大,所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻. (3)找出線圈平行于磁感線的時(shí)刻. (4)判斷出穿過(guò)線圈的磁通量的變化情況. (5)分析判斷i、e隨時(shí)間的變化規(guī)律.,探究一,探究二,探究三,探究交變電流的變化規(guī)律 1.分析導(dǎo)

4、體切割磁感線的程序 若線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,則經(jīng)過(guò)時(shí)間t:,探究一,探究二,探究三,線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為t ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角:=t , 一匝線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì):e0=2eab=BSsin t N匝線圈產(chǎn)生的總電動(dòng)勢(shì):e=NBSsin t,探究一,探究二,探究三,2.Em=NBS=Nm,與線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān).如圖所示的幾種情況中,如果n、B、S均相同,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值均為Em=nBS. 3.正弦交變電流的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式是e=NBSsin t=Emsin t.,探究一,探究二,探究三,特別提醒(1)不僅矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正弦交變

5、電流,其他形狀的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)的軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的交變電流也是正弦交變電流. (2)線圈開(kāi)始的位置不同,只是正弦交變電流表達(dá)式中正弦函數(shù)的角度不同,最大值和函數(shù)形式不變. (3)正弦交變電流電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBS由線圈的匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、線圈的面積S及其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度確定.,【例題1】(多選)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),所產(chǎn)生的交變電流的波形如圖所示,下列說(shuō)法正確的是() A.在t1時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量達(dá)到最大值 B.在t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量達(dá)到最大值 C.在t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變化率達(dá)到最大值 D.在t4時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變化率達(dá)到最大值,特點(diǎn)然后就可判斷

6、線圈所處的位置,最后即可判斷這四個(gè)時(shí)刻的特點(diǎn). 解析:由題圖可知,t1和t3時(shí)刻,i最大,所以這兩個(gè)時(shí)刻磁通量的變化率最大,線圈處于垂直中性面的位置,穿過(guò)線圈的磁通量為0.t2和,量最大. 答案:BC 反思正弦交變電流產(chǎn)生過(guò)程中,熟練掌握線圈處于中性面和垂直于中性面時(shí)相關(guān)量的特點(diǎn)是解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵.,【例題2】 如圖甲所示,虛線OO的左邊存在著方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),右邊沒(méi)有磁場(chǎng).單匝矩形線圈abcd的對(duì)稱軸恰與磁場(chǎng)右邊界重合,線圈平面與磁場(chǎng)垂直.線圈沿圖示方向繞OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(即ab邊先向紙外、cd邊先向紙里轉(zhuǎn)動(dòng)),規(guī)定沿abcda方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向.若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)

7、,圖乙中四個(gè)圖像能正確表示線圈內(nèi)感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的是(),點(diǎn)撥:線圈在有界磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),可分階段分析線圈中磁通量、磁通量變化率的變化規(guī)律,進(jìn)而確定電流的變化規(guī)律.,線框在磁場(chǎng)外,而dc一側(cè)線框又進(jìn)入磁場(chǎng)產(chǎn)生交流電,電流方向?yàn)閐cba且越來(lái)越小,以此類推,可知i-t圖像正確的為B. 答案:B 反思在交變電流的圖像問(wèn)題中,應(yīng)結(jié)合交變電流的產(chǎn)生過(guò)程,運(yùn)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行分析,中性面位置和與中性面垂直的位置往往是解決問(wèn)題的關(guān)鍵,對(duì)這兩個(gè)位置進(jìn)行仔細(xì)分析,可達(dá)到事半功倍的效果.,【例題3】有一個(gè)10匝的正方形線框,邊長(zhǎng)為20 cm,線框總電阻為1 ,線框繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示,垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T.問(wèn): (1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動(dòng)勢(shì)最大值、電流最大值分別是多少? (2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大? (3)寫(xiě)出從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式. 點(diǎn)撥:本題考查了電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值、平均值的求法.求電動(dòng)勢(shì)平均值時(shí),必須由法拉第電磁感應(yīng)定律求解.,解析:(1)交變電流電動(dòng)勢(shì)最大值為 Em=NBS=100.50.2210 V=6.28 V.,(3)由于線框轉(zhuǎn)動(dòng)是從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)的,所以瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Emsin t=6.28sin 10t V. 答案:(1)6.