高中物理选修1-1第三章3.3交变电流课件.ppt

1、 一、感应电动势一、感应电动势 1感应电动势：感应电动势：电磁感应现象中产生的电动势电磁感应现象中产生的电动势 2实验表明：实验表明：感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。 3磁通量的变化率：磁通量的变化率：设时刻设时刻t1的磁通量是的磁通量是1，时刻，时刻t2的磁通量变的磁通量变为为2，则：，则：磁通量的变化量：磁通量的变化量： 21磁通量的变化率：磁通量的变化率：/t=(21)/(t2t1)知识回顾知识回顾 二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 1法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电电路中感应电动势的大小跟

2、穿过这一电路的磁通量的变化率成正比路的磁通量的变化率成正比 2单匝：单匝：E/t n匝：匝：E=n/t 3发电：发电：其他形式的能转化为电能其他形式的能转化为电能原理：原理：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律新课导入新课导入19世纪初，蒸汽机改变了自古以来依靠世纪初，蒸汽机改变了自古以来依靠人力、畜力的生产形态。蒸汽动力推动着火人力、畜力的生产形态。蒸汽动力推动着火车和船队，加快了不同国家、不同民族的物车和船队，加快了不同国家、不同民族的物资流通和文化交流。大片农田变成了工资流通和文化交流。大片农田变成了工厂厂小资料小资料法拉第电磁感应定律的发现，激励着已批科法拉第电磁感应定律的发现，激励着

3、已批科学家和工程师进行机械能转变为电能的探索。他学家和工程师进行机械能转变为电能的探索。他们设想：厂房中巨型发电机发出的电也许会比蒸们设想：厂房中巨型发电机发出的电也许会比蒸汽动力更加强大，它能通过导线跨越千山万水，汽动力更加强大，它能通过导线跨越千山万水，让家家户户都用电流照明，机器、火车都由电流让家家户户都用电流照明，机器、火车都由电流提供动力提供动力发电发电机机到了到了1895年，美国利用尼亚加拉大瀑布发出年，美国利用尼亚加拉大瀑布发出了巨大的电能。一年后，电能被传输到了巨大的电能。一年后，电能被传输到20英里外英里外的布法罗市，使得全城大放光明。现在，电能已的布法罗市，使得全城大放光明

4、。现在，电能已流淌到人们生活的各个领域。流淌到人们生活的各个领域。如今，人类的电气化理想已实现，电能不仅如今，人类的电气化理想已实现，电能不仅使我们的社会生活更加丰富多彩，而且已经成为使我们的社会生活更加丰富多彩，而且已经成为支撑现代社会发展的重要支柱。支撑现代社会发展的重要支柱。教学目标教学目标知识与能力知识与能力1了解交流发电机的工作原理。了解交流发电机的工作原理。2使学生了解交流电的产生原理。使学生了解交流电的产生原理。3掌握交变电流的变化规律及表示方法。掌握交变电流的变化规律及表示方法。4理解交变电流的瞬时值和最大值及中理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。性面的准确含义。5

5、培养学生的观察能力、空间培养学生的观察能力、空间想象能力想象能力及将立体图转化为平面图的能力。及将立体图转化为平面图的能力。过程与方法过程与方法1定性了解交流的变化规律及其图像表示定性了解交流的变化规律及其图像表示和主要特征物理量。和主要特征物理量。2知道交流能通过电容器的原因，了解交知道交流能通过电容器的原因，了解交流这一特性在电子技术中的应用。流这一特性在电子技术中的应用。情感态度与价值观情感态度与价值观初步了解发电机、交变电流的发明和利用初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。技

6、术与社会生活之间的密切关系。教学重难点教学重难点重点重点法拉第电磁感应定律的建立过程以及法拉第电磁感应定律的建立过程以及对感应电动势公式的理解。对感应电动势公式的理解。难点难点交变电流产生的物理过程的分析。交变电流产生的物理过程的分析。本章导航本章导航一交流发电机一交流发电机二交流的变换规律二交流的变换规律三交流能够通过电容器三交流能够通过电容器四交流的有效值四交流的有效值1发电机的基本构造：发电机的基本构造：定子定子-磁极或电枢磁极或电枢转子转子-电枢或磁极电枢或磁极电枢电枢-产生感应电动势的线圈产生感应电动势的线圈磁极磁极-产生磁场产生磁场2种类：种类：（1）旋转电枢式）旋转电枢式定子定子

7、-磁极磁极转子转子-电枢电枢（2）旋转磁极式）旋转磁极式定子定子-电枢电枢转子转子-磁极磁极3能的转化：能的转化：将机械能转化为电能将机械能转化为电能4原理简图原理简图（插入动画）（插入动画）4交变电流的产生交变电流的产生（1）直流：）直流：电流方向电流方向不随时间不随时间改变而改变改变而改变的电流的电流（2）交变电流）交变电流:大小和方向都大小和方向都随时随时间做周期性变化间做周期性变化的电流，的电流，叫做交变电流，简称叫做交变电流，简称交交流流。（2）产生原因）产生原因: ab边和边和cd边切割磁边切割磁感线。感线。线圈转运时，穿过线圈转运时，穿过线圈的磁通量发生线圈的磁通量发生变化，线圈

8、中产生变化，线圈中产生感应电动势感应电动势演示演示1探究交流发电机的发电过程探究交流发电机的发电过程如图，把灯泡与电如图，把灯泡与电流表串联起来接到手摇流表串联起来接到手摇发电机的两端，转动摇发电机的两端，转动摇把，可以看到灯泡被点把，可以看到灯泡被点亮。亮。在转动过程中，灯在转动过程中，灯泡的亮度有什么变化？泡的亮度有什么变化？电流表的示数有什么变电流表的示数有什么变化？化？ （1）实验仪器：）实验仪器：交流发电机、电灯、电流表。交流发电机、电灯、电流表。 （2）实验过程：）实验过程：将交流发电机、电灯、电流表连接成电路，将交流发电机、电灯、电流表连接成电路，摇动交流发电机，观察电灯的亮度有

9、什么变化？摇动交流发电机，观察电灯的亮度有什么变化？电流表的示数有什么变化？电流表的示数有什么变化？ （3）实验结果：）实验结果：电灯的亮度忽明忽暗，电流表的指针忽左忽电灯的亮度忽明忽暗，电流表的指针忽左忽右。右。 （4）实验结论：）实验结论：发电机发出的电流大小和方向都在不断变化，发电机发出的电流大小和方向都在不断变化，大小、方向随时间做周期性变化。大小、方向随时间做周期性变化。家庭用于日常生活的电灯、家用电器，使用家庭用于日常生活的电灯、家用电器，使用的电是由电网送来的。电网送来的电也是交变电的电是由电网送来的。电网送来的电也是交变电流，它的大小、方向都在随时间不断的变化。交流，它的大小、

10、方向都在随时间不断的变化。交变电流变化的规律可以用示波器显示出来。变电流变化的规律可以用示波器显示出来。电网供给的交流经过降压后能使小灯泡发光。电网供给的交流经过降压后能使小灯泡发光。把示波器的两个输入端接到小灯泡的两端，在荧把示波器的两个输入端接到小灯泡的两端，在荧光屏上会看到灯泡两端的电压随时间变化的曲线。光屏上会看到灯泡两端的电压随时间变化的曲线。观察交流的波形观察交流的波形演示演示2实验仪器：实验仪器：示波器、小灯泡、导线、学生电源。示波器、小灯泡、导线、学生电源。实验过程：实验过程：将示波器和灯泡并联接入电路中，用将示波器和灯泡并联接入电路中，用示波器演示加在灯泡两端的电压。示波器演

11、示加在灯泡两端的电压。实验现象：实验现象：显示的电压图象显示的电压图象为正弦曲线。为正弦曲线。观察注灯炮两端电压的波形观察注灯炮两端电压的波形 炮两端电压的波形炮两端电压的波形1交流的变化规律交流的变化规律图像图像（1）坐标：）坐标：时间时间t t为横坐标，为横坐标，i i或或u u为纵坐标。为纵坐标。（2）图象形状：）图象形状：正弦曲线。正弦曲线。（3）物理意义：）物理意义：反映反映i i或或u u随时间变的规律。随时间变的规律。U Um m- UmUm04T34Tut2TT2正弦式电流：正弦式电流：（1）定义：）定义：电流、电压随时间按正弦函数的规律变电流、电压随时间按正弦函数的规律变化，

12、叫做化，叫做正弦式电流正弦式电流。例电网中的交变电流。例电网中的交变电流。（2）正弦式电流的表达式）正弦式电流的表达式i=Ii=Im msint u=Usint u=Um msintsint 各量含义：各量含义：i i、u u表示瞬时值。表示瞬时值。I Im m、U Um m分别表示电流、电压的最大值，分别表示电流、电压的最大值，叫做交流的峰值。叫做交流的峰值。是线圈转动的角速度。是线圈转动的角速度。3交流的周期和频率交流的周期和频率（1）周期：）周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用用T表示，单位是表示，单位是s（2）频率：）频率：1s内交变电流

13、完成周期性变化的次数，用内交变电流完成周期性变化的次数，用f 表示，表示，单位赫兹单位赫兹，简称赫，符号，简称赫，符号Hz （3）频率和周期有如下关系：）频率和周期有如下关系：（4）我国使用的交变电流）我国使用的交变电流，频率是，频率是50 Hz。1Tf=1fT或或 =3交变电流的种类交变电流的种类(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲1电容器主要应用：电容器主要应用： 隔直流，通交流。隔直流，通交流。 【解析解析】电容器的充电和放电表现

14、为交流电容器的充电和放电表现为交流通过了电容器。金属中的电流时由于负电荷的通过了电容器。金属中的电流时由于负电荷的定向移动形成的，它等效于正电荷向相反方向定向移动形成的，它等效于正电荷向相反方向的移动。上图用到了这样的的移动。上图用到了这样的等效画法等效画法。台式收音机、台式收音机、 录音机都用电网中的交流录音机都用电网中的交流代替电池供电，所以机内都有代替电池供电，所以机内都有“整流整流”电路，电路，把把交流变为直流交流变为直流。但是整流后仍有一部分交。但是整流后仍有一部分交流成分，这部分电流通过扬声器时会产生嗡流成分，这部分电流通过扬声器时会产生嗡嗡的声音。为了解决这个问题，在整流电路嗡的

15、声音。为了解决这个问题，在整流电路和收音机的工作电路之间要安装电容器，整和收音机的工作电路之间要安装电容器，整流后的交流成分大部分流过这个电容器，流流后的交流成分大部分流过这个电容器，流过收音机工作电路的就是比较稳定的直流了。过收音机工作电路的就是比较稳定的直流了。电容器能把混杂在直流中的交流成分滤掉电容器能把混杂在直流中的交流成分滤掉声音通过话筒形成的电流也是交变电流，它声音通过话筒形成的电流也是交变电流，它的频率与声音相同，叫做的频率与声音相同，叫做音频电流音频电流。收录机要把音频电流做几级放大，才能送到收录机要把音频电流做几级放大，才能送到扬声器发声。各级放大器的工作状态并不相同，扬声器

16、发声。各级放大器的工作状态并不相同，分别需要稳定的电流，而音频信号却要从一级传分别需要稳定的电流，而音频信号却要从一级传到下一级，它们之间也要用到电容器。到下一级，它们之间也要用到电容器。电容器把音频信号传到下一级，而不让直流通过电容器把音频信号传到下一级，而不让直流通过 1概念的引入：概念的引入：为了反映交变电流所产生的效果，引入有为了反映交变电流所产生的效果，引入有效值的概念。效值的概念。 2定义：定义：使交变电流使交变电流和直流通过相同阻值的电阻，和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在如果它们在相等时间内产生的热量相等相等时间内产生的热量相等，就把，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的这一

17、直流的数值叫做这一交变电流的有效有效值值。三相等。三相等。 3特点：特点：交变电流的有效值根据电流的热效应来规交变电流的有效值根据电流的热效应来规定，与定，与电流的方向无关电流的方向无关。4有效值与峰值的大小关系：有效值与峰值的大小关系： 5说明：说明：（1）在各种使用交变电流的电器设备上，）在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有效值。效值。 （2）电器仪表测量的也都是交流的有效值。）电器仪表测量的也都是交流的有效值。10.7072mmIII=10.7072mmUUU= = =1交变电流：交变电流：大小和方向都随时间

18、做周期性变化的电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流2交变电流的产生：交变电流的产生：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动3交变电流的变化规律：交变电流的变化规律：表达式：表达式： i=Ii=Im msint sint ，u=Uu=Um msintsint 课堂小结课堂小结Um- Um04T34Tut2TT4描述交流的物理量描述交流的物理量（1）周期）周期T：完成一次周期性变化所需的时间。完成一次周期性变化所需的时间。（2）频率）频率f：1s1s内交变电流完成周期性变化的次数。内交变电流完成周期性变化的次数。（3）关系：）关系：互为倒数。我国使用的频率是互为倒数。我国使用

19、的频率是50 Hz50 Hz。5电容器主要应用：电容器主要应用： 隔直流，通交流。隔直流，通交流。6交流的有效值：交流的有效值：（1 1）使交流和直流通过相同的电阻，在相等时间内）使交流和直流通过相同的电阻，在相等时间内产生的热量相等产生的热量相等（2）有效值与峰值的大小关系：）有效值与峰值的大小关系： 0.707mII=12mUU= =高考链接高考链接08广东卷广东卷小型交流发电机中，矩形金属线圈小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图间呈正弦函数关系，如图2所示：此线圈在一个所示：此线圈在一个1

20、0的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻。下列说法正确的是（）阻。下列说法正确的是（）A交变电流的周期为交变电流的周期为0.125sB交变电流的频率为交变电流的频率为8zC交变电流的有效值为交变电流的有效值为D交变电流的最大值为交变电流的最大值为4A 20-20001250250t/se/V图图22AC【08上海卷上海卷】某集装箱吊车的交流电动机某集装箱吊车的交流电动机输入电压为输入电压为380V，则该交流电电压的最大值，则该交流电电压的最大值为为_V。当吊车以。当吊车以01m/s的速度匀速的速度匀速吊起总质量为吊起总质量为57103kg的集装箱时，测得的集

21、装箱时，测得电动机的电流为电动机的电流为20A，电动机的工作效率为，电动机的工作效率为_。（。（g取取10m/s2）380 275课堂练习课堂练习1下列表示交变电流的有（）下列表示交变电流的有（）表示正弦交变电流的有（）表示正弦交变电流的有（）iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teuCEE2我国生产和生活用交流电的周期我国生产和生活用交流电的周期T_s，频率，频率f= _Hz，角速度，角速度_rad/s，在，在1s内电流的方向变化内电流的方向变化_次。次。0.02501001003交变电流：交变电流：_和和_都都随时间做随时间做_的电流叫做交的电流叫做交变电流电压和电流随时

22、间按变电流电压和电流随时间按_变化的交流电叫正弦交流电。变化的交流电叫正弦交流电。教材习题答案教材习题答案 1答：正弦式电流在一个周期内出现两次答：正弦式电流在一个周期内出现两次峰值，我国电网所用交变电流为峰值，我国电网所用交变电流为50Hz，即，即1s内内发生发生50次周期变化，所以在次周期变化，所以在1s内出现内出现100次峰值，次峰值，同理，同理，1s内电流方向发生内电流方向发生100次改变。次改变。 2答：照明、动力电路的电压有效值分别答：照明、动力电路的电压有效值分别为为220V、380V；峰值分别为；峰值分别为 3答：答：220V，311V。2202V311V 3802V538V

23、4答：当电阻丝中同故宫答：当电阻丝中同故宫50Hz的交流电时，的交流电时，尽管铜焊头与电阻丝是绝缘的，但由于电磁感尽管铜焊头与电阻丝是绝缘的，但由于电磁感应现象在铜焊头中可以感应出应现象在铜焊头中可以感应出50Hz感应电流。感应电流。再通过收录机中放大装置的放大，就会产生很再通过收录机中放大装置的放大，就会产生很强的交流声。强的交流声。 5答：法拉第发现的电磁感应现象开辟了答：法拉第发现的电磁感应现象开辟了人类的电气化时代。法拉第提出的力线、场的人类的电气化时代。法拉第提出的力线、场的概念深刻地改变了人们对周围世界认识的物理概念深刻地改变了人们对周围世界认识的物理图景。法拉第在化学、电化学、冶金、光学玻图景。法拉第在化学、电化学、冶金、光学玻璃等方面还有着卓越的贡献。璃等方面还有着卓越的贡献。