高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册交变电流教学课件ppt

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　正弦交流电的产生和变化规律1.交变电流的产生(1)在匀强磁场中,矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式交变电流。(2)过程分析(如图所示)
注意    在甲、丙位置时线圈中没有电流,在乙、丁位置时线圈中电流最大。(3)中性面:线圈在磁场中转动的过程中,线圈平面与磁场垂直时所在的平面。
2.正弦交流电的变化规律
　发电机与电动机中的能量转化1.发电机(1)定义:把机械能转化为电能的装置。(2)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。2.电动机(1)定义:将电能转化为机械能的装置(2)优点:高效易控、清洁无污染等。
知识辨析1.交流发电机中,线圈转动过程中经过的两个特殊平面叫作什么?经过这两个平面时有什么特点?2.若从垂直中性面的位置开始计时,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生的感应电动势有何特点?3.如图所示是交流发电机模型,采取哪些措施可以使它产生的感应电动势增大? 
一语破的1.中性面和中性面的垂面。中性面的特点:线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,感应电流为零,电流方向发生变化。中性面的垂面的特点:线圈平面与磁感线平行,磁通量为零,感应电流最大,电流方向不变。2.线圈产生的感应电动势随时间按余弦函数规律变化。3.(1)增大磁铁的磁性。(2)增加线圈的匝数。(3)增大线圈的转速。
　正弦交变电流的产生原理 1.正弦交变电流的产生条件(1)匀强磁场。(2)线圈匀速转动。(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。2.交变电流产生过程中的两个特殊位置
3.过程分析如图所示为线圈ABCD在匀强磁场中绕轴OO'转动时的截面图,AB和CD两个边切割磁感线,产生感应电动势,线圈中就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)。 具体过程如图所示,当线圈转动到图甲位置时,导体不切割磁感线,线圈中无电流;当线圈转动到图乙位置时,导体垂直切割磁感线,线圈中有电流,且电流从A端流入;线圈在图丙位置时不切割磁感线,线圈中无电流;线圈在图丁位置时,电流从A端流出,这说明电流方向发生了改变;
线圈在图戊位置时同在图甲位置时。线圈这样转动下去,就在线圈中产生了交变电流。 
交变电流的变化规律 1.推导正弦式交变电流瞬时值的表达式若线圈平面从中性面位置开始转动,如图所示,则经时间t: (1)线圈转过的角度为ωt。(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt。(3)ab边转动的线速度大小v=ω 。
(4)ab边产生的感应电动势eab=Blabv sin θ=  sin ωt。(5)整个线圈产生的感应电动势e=2eab=BSω sin ωt,若线圈为N匝,则e=NBSω ·sin ωt。(6)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 ωt,即i=Im sin ωt,R两端的电压可记为u=Um sin ωt。2.交变电流的最大值(1)由交变电动势的表达式e=NBSω sin ωt可知,电动势的最大值Em=NBSω。(2)交变电动势的最大值由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴相对线圈的位置无关,但转轴必须垂直于磁场,因此如图所示几种情况,若N、B、S、ω相同,则电动势的最大值相同。
 (3)电流的最大值可表示为Im= 。3.正弦式交变电流瞬时值表达式的书写技巧(1)确定正弦式交变电流的最大值,根据已知图像读出或由公式Em=NBSω求出相应最大值。(2)确定线圈的角速度,可根据线圈的转速或周期由ω=2πn= 求出。(3)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。①线圈从中性面位置开始转动,则e-t、i-t、u-t图像为正弦函数图像,函数式为正弦函数。
②线圈从垂直于中性面的位置开始转动,则e-t、i-t、u-t图像为余弦函数图像,函数式为余弦函数。
典例 一矩形线圈,面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻r=1 Ω,外接电阻R=4 Ω,线圈在磁感应强度B=  T的匀强磁场中以n=300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图所示,若从线圈位于中性面处时开始计时【1】,求: (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(2)从开始计时经  s线圈中感应电流的瞬时值;(3)外电路电阻R两端电压瞬时值的表达式。
思路分析    根据线圈匝数、磁感应强度、线圈面积和转速求出感应电动势的最大值,结合开始计时时线圈的位置写出感应电动势的瞬时值表达式。将时间  s代入瞬时值表达式求出该时刻感应电动势的瞬时值,结合闭合电路欧姆定律【2】计算感应电流的瞬时值。根据欧姆定律求出外电路电阻R两端电压的瞬时值表达式。
信息提取    【1】线圈匀速转动,从中性面开始计时,产生正弦式交变电流。
解析    (1)线圈转速n=300 r/min=5 r/s,角速度ω=2πn=10π rad/s,线圈中产生的感应电动势的最大值Em=NBSω=50 V,则感应电动势的瞬时值表达式为e=Em sin ωt=50 sin 10πt(V)(由【1】得到)。(2)将t=  s代入感应电动势的瞬时值表达式中,得e=50 sin   V=25  V,对应的感应电流i= =5  A(由【2】得到)。(3)由欧姆定律得u=iR= R=40 sin 10πt(V)。