高中物理教科版选修3-21 交变电流教学课件ppt

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我们家庭里的电视机、空调、电冰箱、洗衣机、微波炉、电热水器等用电器使用的都是交变电流。 那么，什么是交变电流？它是怎样产生的？如何描述它？
恒定电流：强弱和方向都不随时间改变的电流。
直流(DC)：方向不随时间改变的电流。
无线电电子设备的电信号
交流(AC)：强弱和方向都随时间周期性变化的电流
(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
交变电流是由交流发电机产生的。如图所示，交流发电机最基本的结构是线圈和磁极，线圈可绕中心轴转动。线圈的ab边连在金属滑环L上，cd边连在滑环K上，固定的电刷A、B压在滑环K、L上，由电刷将电流引出。
如图所示，把电流计接入发电机模型的输出端，摇动发电机的手柄，使线圈在磁极之间转动，观察电流计指针的摆动情况。
思考1：改变摇动发电机手柄的速度，电流计指针的摆动情况有什么变化？
思考2：匀速转动发电机手柄一周，观察电流计的示数变化有何规律？
实验中电流计指针由中间向两边不断摆动，这表明发电机产生的电流大小和方向在不断变化，即产生了交变电流。另外，当发电机手柄摇得越快时，电流计指针摆动幅度越大、摆动越快，这表明所产生的交变电流越大，方向变化越快。
取线圈在匀强磁场里匀速转动一周过程中几个特殊的位置如图所示，探究交变电流产生的原理。
中性面：线圈垂直于磁感线时所处的位置称为中性面。
①线圈处于中性面时磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零；
②线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。
（2）中性面的垂面的特点：线圈位于此位置时磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大。
将手摇发电机磁极间的磁场视为磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右；线圈简化为单匝矩形线圈abcd, 线圈边长ab=L1，bc=L2，设线圈abcd绕水平的中心轴OO’沿逆时针方向以角速度ω匀速转动, 从线圈与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势随时间怎样变化？
线圈转动的角速度为ω, ab 边长为L1，ad 边长为L2
ab边：eab = BL1v ⊥ =（BL1ωL2sinωt ）/2
回路总电动势：e=eab +ecd = BωL1L2sinωt
若线圈匝数为N：e=NBωL1L2 sinωt =NBSωsinωt
cd边：ecd = BL1v ⊥ =（BL1ωL2sinωt ）/2
从中性面开始计时，经过时间t 时:
t时刻电动势的表达式:
e = NBSωsinωt=Emsinωt
Em＝NBSω ＝NΦmω
电动势的峰值（最大值）：
e 为电动势在时刻t 的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
想一想：磁通量是按什么规律变化的？
1、交流发电机基本组成部分。电枢：产生感应电动势的线圈；磁体：产生磁场的磁体2、交流发电机的种类
3、能量转化：把机械能转化为电能4、发电方式:火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电、核能发电等。
（二）电动机1、能量转化:将电能转化为机械能2、优点:高效易控、清洁无污染等。
1．如图 3-1-10 甲、乙、丙、丁、戊所示，把 5 个面积相同的线圈放入同一匀强磁场中（磁场区域足够大），绕不同的轴转动，在转动过程中感应电动势的最大值是否相同？为什么？
2．图 3-1-12 甲是小型交流发电机的示意图，两磁极 N、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场， 为电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴 OO' 沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（ ）
A． 必须用交流电流表B．线圈转动的角速度为 50π rad/sC．t = 0.01 s 时，线圈平面与磁场方向平行D．t = 0.02 s 时，电阻 R 中电流的方向自右向左
1、交流发电机线圈经过中性面时，磁通量最____，此时线圈中____电流；2、交流发电机线圈经过中性面时，电流方向_____改变；3、交流发电机线圈转动一周，线圈中电流方向改变____次；4、交流发电机线圈经过与中性面垂直的位置时，线圈中电流最____。