高中粤教版 (2019)第一节 认识交变电流图文课件ppt
展开①物理观念:交变电流、中性面;周期、频率、有效值、相位;理想变压器;电网供电.②科学思维:图像法表示交变电流;等效法定义有效值;有效值与平均值辨析;特殊形式交变电流的有效值计算;理论法定义理想变压器;控制变量法在电能输送中的应用.
③科学探究:探究交变电流瞬时值的表达式;探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系;降低输电损耗的途径.④科学态度与责任:交变电流在生活中的应用(交流发电机等);升、降变压器的应用.
本章重点 ①掌握交变电流的产生和变化规律;②知道交变电流的峰值、瞬时值的含义;③知道描述交变电流的峰值、瞬时值、平均值、周期、频率等物理量,并理解这些物理量的意义;④理解互感现象和变压器的工作原理;⑤掌握理想变压器的电压与匝数的关系及应用;⑥知道远距离输电时决定电能损失的因素,了解高压输电的原因.
本章难点 ①交变电流的产生和变化规律;②会根据有效值的定义求交变电流的有效值;③能根据正弦式电流的峰值和有效值的关系进行计算;④掌握理想变压器的功率关系,并导出原、副线圈中的电流关系及应用;⑤知道远距离输电线路的基本构成,能够对简单的远距离输电线路进行计算.
1.交变电流:强弱和方向都随时间做__________变化的电流,称为交变电流(Alternating Current),简称交流(AC).2.直流:________不随时间变化的电流称为直流.强弱和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
如图甲、乙所示的电流中,哪个是交流电? 【答案】乙所示的电流为交流电.
(多选)如图所示的图像中属于交变电流的是( )【答案】ABC【解析】A、B、C中e的方向均发生了变化,故它们属于交变电流,但不是正弦式交变电流; D中e的方向未变化,故是直流.
1.产生条件:在匀强磁场中,矩形线圈绕______________方向的轴匀速转动.2.中性面:线圈在磁场中转动的过程中,线圈平面与磁场________时所在的平面.
中性面是任意规定的吗?【答案】不是.中性面是一个客观存在的平面,即与磁感线垂直的平面.
关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流,以下说法中正确的是( )A.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变B.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次C.线圈平面每经过中性面一次,感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D.线圈转动一周,感应电动势和感应电流方向都要改变一次
【答案】C【解析】线圈转至中性面时,线圈平面垂直于磁感线,磁通量最大,但磁通量的变化率、感应电动势、感应电流均为零,电流方向恰好发生变化.因此,线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,每经过中性面一次,感应电动势和感应电流的方向都要改变一次,线圈每转动一周,经过中性面两次,感应电动势和感应电流的方向都改变两次,C正确.
1.正弦式交变电流:按________规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,简称________________.2.当线圈平面位于中性面时,线圈中的磁通量______,线圈中的电流为______,且线圈平面经过中性面时,电流方向就发生______,故线圈转动一周电流方向改变______次.3.从中性面开始计时,线圈中产生的电动势的瞬时值表达式:e=__________,Em叫作电动势的_______.
如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为零,而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢?
1.________转动,________不动的发电机,叫作旋转电枢式发电机.2.________转动,________不动,线圈中同样会产生感应电动势,这种发电机叫作旋转磁极式发电机.3.不论哪种发电机,转动的部分都叫______子,不动的部分都叫______子.
交流发电机输出的电流都可以表示为i=Imsin ωt吗?【答案】不一定.如果线圈从中性面的垂直面开始计时,则输出的电流表示为i=Imcs ωt.
当摇动如图所示的手摇交流发电机时,发现小灯泡闪烁.此时流过小灯泡的电流是( )A.交流电B.直流电C.恒定电流D.涡流
【答案】A【解析】交流电是指方向随时间发生周期性变化的电流,直流电的方向不变,而恒定电流是指大小与方向均不变的电流,涡流是感应电流.手摇交流发电机产生的是交流电,故A正确,B、C、D错误.
1.交变电流产生过程的示意图
2.两个特殊位置的特点
3.正弦式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.
例1 (多选)如图所示,矩形线框置于竖直向下的磁场中,通过导线与灵敏电流表相连,线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,图中线框处于竖直面内,下述说法正确的是( )
A.因为线框中产生的是交变电流,所以电流表示数始终为零B.线框通过图中位置瞬间,穿过线框的磁通量最大C.线框通过图中位置瞬间,通过电流表的电流瞬时值最大D.若使线框转动的角速度增大一倍,那么通过电流表电流的峰值也增大一倍【答案】CD
变式1 (多选)如图所示为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在金属滑环L上,两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接.关于其工作原理,下列分析正确的是( )
A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小【答案】AC【解析】当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为零,感应电动势为零,线圈中的感应电流为零,故A正确,B错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大,线圈中的感应电流最大, C正确,D错误.
产生正弦式交变电流的条件是线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动,与线圈的形状和转轴的位置无关. 线圈在中性面位置时磁通量最大,电流为零.线圈在垂直于中性面位置时,磁通量为零,电流最大.
1.恒定电流的大小和方向都不随时间变化.2.交变电流的方向变化,而直流的方向不变化.3.交变电流经过电子电路的处理,也能变成直流.4.交变电流图像初认识.
例2 关于交变电流和直流电的说法,正确的是( )A.如果电流大小做周期性变化,则一定是交变电流B.直流电的大小可以变化,但方向不一定变化C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化【答案】D【解析】直流电的特征是电流方向不变,交流电的特征是电流方向改变,另外交变电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电,D正确.
变式2 如图所示,线圈中不能产生交变电流的是( )
【答案】A【解析】B、C、D中线圈产生的感应电流方向均发生变化,故能产生交变电流,A中不产生交变电流.
1.发电机通常由定子、转子、换向器、端盖及轴承等部件构成.定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成.2.转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成.转子的功用是产生磁场.安装在定子里边.3.原理由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁感线的运动,从而产生感应电动势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流.
例3 大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机,下图为其原理简图.竖直平面内闭合线圈abcd固定不动,磁铁绕图中的虚线旋转,线圈中就会产生感应电流.若条形磁铁以10π rad/s 的角速度匀速转动,且图示时刻N极正在向里转.现以图示时刻为计时起点,则下列推断正确的是( )A.该发电机产生的交流电频率是10 HzB.t=0时线圈中的电流方向为abcdaC.t=0.5 s时线圈中的电流方向发生变化D.t=5 s时线圈中的电流最小
变式3 如图所示,甲→乙→丙→丁→甲过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.已知线圈转动的角速度为ω,转动过程中电路中的最大电流为Im.下列选项正确的是( )
A.在图甲位置时,线圈中的磁通量最大,感应电流为零B.从图乙位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系式为i=Imsin ωtC.在图丙位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率也最大D.在图丁位置时,感应电动势最大,cd边电流方向为c→d【答案】A
【解析】在图甲位置时,线圈中的磁通量最大,感应电流为零,A正确;从图乙位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系式为i=Imcs ωt,B错误;在图丙位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率最小,感应电流为0,C错误;在图丁位置时,感应电动势最大,由右手定则可知,cd边电流方向为d→c,D错误.
(1)发电机将机械能转化为电能;(2)发电机由定子和转子两部分组成,旋转的可以是线圈,也可以是磁体. 交流发电机线圈中产生交流电,输送到外电路也是交流电;在交流发电机线圈转动的过程中,并不是线圈的每一条边都切割磁感线.
正弦式交变电流的瞬时值和峰值
解交变电流的瞬时值问题的模型
1.如图所示,属于交变电流的是( )【答案】C【解析】方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征.A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化,但其方向不变,不是交变电流,它们所表示的是直流电.C中电流的方向随时间做周期性变化,故选C.
2.如图所示为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接.下列说法正确的是( )
A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最小B.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小C.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小
【答案】B【解析】当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈平面与磁场垂直,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率最小,且为零,故感应电流为零,A、C错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈平面与磁场平行,穿过线圈的磁通量最小,且为零,但磁通量的变化率最大,故感应电流最大,B正确,D错误.
3.如图所示的四个装置中,与发电机工作原理相同的是( )
【答案】B【解析】发电机工作原理为闭合回路部分导线切割磁感线,产生感应电流,B图符合,A图为电动机原理,C图为表示通电导线周围存在磁场,D图为通电导线在磁场中受力运动,B符合题意,A、C、D不符合题意.
4.(2022年肇庆期末)如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器,它体型小,携带方便,可以在紧急状态下给手机临时充电.若某人摇动手柄给手机充电时,其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,当线圈转到图乙所示位置时,下列说法正确的是( )A.线圈中无电流B.电流方向将发生改变C.线圈中的电流最大D.穿过线圈磁通量的变化率为0
【答案】C【解析】当线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时,产生正弦式交流电.当线圈转到图乙所示位置时,线圈中电流最大,A错误,C正确;线圈转到中性面时,电流方向发生改变,B错误;图乙所示位置为中性面的垂面,磁通量为零,但穿过线圈磁通量的变化率最大,D错误.
5.(多选)如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到图示与磁场方向平行时( )A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C.线圈分别绕P1和P2转动时的电流的方向相同,都是a→d→c→bD.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
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