高考物理第一轮复习课件：第7讲： 怎样产生交变电流 （沪科版选修3-2）

欢迎进入物理课堂 1 知道交变电流是如何产生的 知道中性面的概念 重点 2 知道交流发电机的结构 原理及分类 3 了解交变电流的规律及瞬时值表达式 一 什么是交变电流实验探究 把直流和交变电流先后输入示波器 根据示波器屏幕上观察到的图像可以看出 直流电压的大小和方向不随时间发生变化 而交变电流的电压的大小和方向都随时间 发生变化 2 交变电流 把大小和方向都随时间做 的电流 叫做交变电流 简称 常用字母 AC 或符号 表示 大小和方向都不随时间变化的电流叫恒定电流 简称 用字母 DC 或符号 表示 3 正弦式交变电流 交变电流的电流和电压是按 规律变化的 这种电流叫做正弦式交变电流 周期性变化 交流 直流 正弦函数 二 交流发电机1 结构 交流发电机由一个 和一个 两大部分组成 线圈在磁场中转动时产生的感应电流通过 和电刷输给用电器 2 原理 在匀强磁场中 让一矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴 转动时 就得到了 都随时间变化的交变电流 可转动的线圈 电枢 磁体 滑环 匀速 大小和方向 3 中性面 如图所示为线圈转一周过程中的几个关键位置 图甲 丙 戊所示的位置 线圈平面垂直于磁感线 各边都不切割磁感线 线圈中产生的感应电动势为零 这样的位置叫 图乙 丁所示的位置 线圈平面与磁场方向平行 ab cd两边垂直切割磁感线 此时线圈中的感应电流达到 中性面 最大 4 感应电动势瞬时值表达式 e Em是感应电动势的 Emsin t 最大值 磁极 电枢 500V 几千 几万 电枢 磁极 四 交变电流的电能从哪里来从能量转化的角度看 发电机是把机械能转变为电能的机器 发电机按其原动力机分为 发电机 汽轮发电机 柴油发电机和 发电机 水轮 核能 学案导引1 交变电流的图形有什么特点 2 交变电流和直流电的区别体现在哪里 1 两种电流 1 恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流叫做恒定电流 2 交变电流大小和方向随时间做周期性变化的电流 叫做交变电流 简称交流 特别提醒 方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征 只要方向发生变化 无论大小是否改变都是交流电 2 正弦式电流 1 定义随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流 在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流 2 正弦式交变电流的图像正弦式交变电流的图像是正弦曲线 如图所示 3 几种常见的交变电流 如图所示 甲 家庭电路中的正弦式电流乙 示波器中的锯齿波扫描电压丙 电子计算机中的矩形脉冲丁 激光通信用的尖脉冲 如图所示的各图像中表示交变电流的是 思路点拨 解答本题要明确交流电的特征是电流方向变化 在i t图上电流的方向表现在是否在t轴的两侧 精讲精析 B C两图像中 虽然电流大小随时间做周期性变化 但方向从图上看在t轴一侧方向不变 故不是交变电流 A图中电流的方向没发生变化 不是交变电流 D图中 从图上看电流分布在t轴两侧 电流的大小 方向均做周期性变化 是交变电流 故选D 答案 D 规律方法 正弦式交变电流大小和方向都随时间做周期性的变化 线圈越过中性面 线圈中i方向要改变 线圈转一周 感应电流方向改变两次 而电子电路中矩形脉冲方向随时间做周期性的变化 而大小不随时间做周期性的变化 这种电流也是交变电流 所以判断是交流电还是直流电的依据关键是看电流的方向是否做周期性的变化 变式训练对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图像 下列说法中正确的是 A 电流大小变化 方向不变 是直流电B 电流大小 方向都变化 是交流电C 电流大小不变 方向变化 是直流电D 电流大小变化 方向不变 不是直流电 是交流电 解析 选A 根据交变电流的概念和图像的物理意义可知 图像所表示的电流大小随时间做周期性的变化而方向始终保持不变 所以如图所示的电流不是交流电 而是直流电 所以答案为A 学案导引1 中性面及垂直于中性面的位置有哪些特点 2 正弦交变电流的瞬时值表达式是什么 1 两个特殊位置的特点 2 交变电流的数学表达式据如图可知 ab和cd边产生的感应电动势均为Blvsin t 此时整个线圈的感应电动势为e 2Blvsin t或e Emsin t 1 Em 2Blv为最大值 也叫电动势的最大值 也叫峰值 2 e Emsin t 交变电流按正弦规律变化 这种电流叫正弦式交变电流 简称正弦式电流 思路点拨 分别把Em 的数值推出 代入一般式e Emsin t就得出了瞬时值表达式 求瞬时值时 只需把t的时刻代入表达式就可以了 答案 1 e 50sin 10 t V 2 43 3V 规律方法 交变电流瞬时值表达式问题的破解程序 1 观察线圈的转动轴是否与磁感线垂直 2 从中性面开始计时 电动势是按正弦规律变化 从线圈转到与磁感线平行时开始计时 电动势是按余弦规律变化 3 计算电动势最大值和角速度 写出电动势的瞬时值表达式 互动探究上例中流过电阻R的电流的瞬时值表达式是什么 答案 i 5sin 10 t A 审题指导 1 最大值的计算利用瞬时值表达式 2 电动势的平均值要用法拉第电磁感应定律计算 答案 1 20V 2 12 7V 借题发挥 1 若线圈从中性面开始计时 e Emsin t 若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时 e Emcos t 所用瞬时值表达式与开始计时的位置有关 2 物理学中 正弦交变电流与余弦交变电流都统称为正弦式交变电流 简称正弦式电流 3 交变电动势的峰值Em NBS 由线圈匝数N 磁感应强度B 转动角度 及线圈面积S决定 当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时 取最大值 与线圈形状及转轴位置无关 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全