交变电流 ppt课件精品.ppt

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1、交变电流,建立一个情景（条件）：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,一、交变电流的产生：,进一步掌握各种图,分析一个过程:,二、交变电流的变化规律：,t,B,中性面,若从中性面开始计时， e=NBSsint,二、交变电流的变化规律：,组织学生认真推导这个公式。,e=NBSsint,例：交流发电机产生的感应电动势与时间关系如图所示，如果其他条件不变，仅使线圈转速加倍，则交流电电动势的最大值和周期分别变为() A.100V，0.02sB.200V，0.02s C.400V，0.08s D.200V，0.08s,明确一个概念:,平行面：具有最小的磁通量min=0，具有最大的感应电动势Emax

2、 （VB， /t 最大）.,中性面：和磁感线垂直的平面,具有最大的磁通量maxBS,具有最小的感应电动势Emin0 (VB， /t =0）,对比一个平面：,二、交变电流的变化规律：,图景与图像对应,二、交变电流的变化规律：,一个周期电流方向变化两次,0,a,t(S),i(A),b,c,d,注意: 电动势的最大值：Em=NBS=Nm Em由S、B、和匝数N决定。 与线圈的形状和转轴的位置无关（轴垂直于磁感线）。 以下几种情况若B、N、S、相同，则Em相同：,二、交变电流的变化规律：,1、周期 和频率 ：描写交变电流快慢的量 注意:在一个周期内电流的方向改变2次。,三、表征交变电流的物理量,2、

3、最大值和有效值: 描写交变电流大小的量 有效值是根据电流的热效应来规定的。（三相同） 即直流电和交变电流通过相同的电阻R，若在相同的时间内产生的热量相同，则直流电的值称为交变电流的有效值。,正弦或余弦规律,注意：规范符号：u、U、Um,三、表征交变电流的物理量,注意:,（1）. 只适用于正弦交变电流,（2）.交流用电设备上标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表和交流电流表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值（3）.有效值与平均值不同在计算交变电流通过导体产生的焦耳热，做功的电功率以及保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值；在计算通过导体某一截面的电量时，只能用交变电

4、流的平均值,会计算交变电流的有效值，如：,计算时，时间为一个周期,一电阻当两端接10V直流电功率为P；当接某一正弦交流电时，功率为P/2，求交流电的有效值、最大值,2.5,0,0.4,10,8.66,5,i10sin5t,500,此题要求学生掌握基本规律，成绩较差学生容易出错,四、电感和电容对交变电流的影响,做好两个演示实验:,电感线圈对交流电的阻碍作用,电容器对交流电的阻碍作用,灯泡亮度在交流和直流比，在低频和高频比,感抗,成因,影响因素,实际应用,低频扼流圈通直流、阻交流 高频扼流圈通低频、阻高频,容抗,影响因素,实际应用,隔直电容器通交流、隔直流旁路电容器通高频、阻低频,四、电感和电容对

5、交变电流的影响,应用见P221练习二,讲清,1实验表明电感对交变电流有阻碍作用2感抗：电感对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用XL表示3成因：由于交变电流是不断变化的，所以在电感上产生自感电动势，自感电动势是阻碍电流变化的,4影响感抗的因素：线圈的自感系数和交变电流的频率，电感越大，频率越高，感抗越大 XL =L5实际应用： 低频扼流圈通直流、阻交流 高频扼流圈通低频、阻高频,1实验表明电容对交变电流有阻碍作用2容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XC表示3成因：略。实验结果。,4影响容抗的因素：电容和交变电流的频率，电容越大，频率越高，容抗越小 Xc =1/c5实际应用：,隔直电容

6、器通交流、隔直流旁路电容器通高频、阻低频,五、变压器,电路中的符号,五、变压器,原理图,理想变压器,没有漏磁,没有铜损无电阻,没有铁损,变压器工作原理,电磁感应规律（互感现象）,（1）电动势关系 由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的t根据法拉第电磁感应定律有：,五、变压器,（2）电压关系,（1）电动势关系,五、变压器,（2）电压关系,（1）电动势关系,五、变压器,（3）电流关系,（4）功率关系 P1=P2,1、工作电流为交变电流2变压器的电动势、电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈的变压器，电流和匝数的关系要从功率相等导出

7、 3变压器的电动势关系，电压关系，电流关系是有效值（或最大值）间的关系4变压器虽能改变电压、电流，但不能改变功率和频率，输入功率总等于输出的总功率，次级交变电流的频率总等于初级交变电流的频率,五、变压器,几种常用的变压器 :,钳形表,电压互感器,电流互感器,理想变压器原,副线圈匝数之比n1n2=41原线圈两端接光滑导轨,副线圈与电阻只相连组成闭合回路.当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时,安培表A1的读数是12mA,那么安培表A2的读数为()A.0 B.3mAC.48mAD.与R值大小无关,工作电流是至少大小发生变化的电流,例：图中原线圈接不考虑内阻的交流电源。负载电阻R

8、的滑片向下滑动时，变压器的U1、U2、I1、I2、P入、P出将如何变化？,答案：负载电阻R减小，电源电压、匝数比不变，所以U1、U2不变，I1 I2变大，P出变大，P入变大。 P入由P出决定,例：理想变压器原线圈接到220V的交流电源上，副线圈的匝数为30，与一标有“12V 12W”的灯泡连接，灯泡正常发光。副线圈的输出电压为110V，电流为0.4A。求：（1）副线圈的匝数；（2）原线圈的匝数以及通过原线圈的电流。,六、电能的输送,1、减少功率损失的方法,减小电线电阻,减小电路电流,2、热损失功率的计算,清楚热功率损失的表达式及决定因素,例:发电机输出电压为220伏,输出功率为110千瓦,输电

9、线电阻为0.2欧. 若不用变压器,则输电线上损失功率 P损1？若用变压器将电压升到5500伏再输送,求变压器原、副线圈的匝数比K和输电线上损失的功率P损2,解析,要求学生会画远距离输电电路结构图：,交流高压输电的基本环节,发电站,升压变压器,高压输电,降压变压器,用户,例：有一台内阻为1.0的发电机，通过匝数比为1:4的升压变压器和匝数比为4:1的降压变压器向用户供电，输电线的总电阻为4.0，用户共有“220V 400W”的灯泡132盏，要保证他们都正常发光，发电机的输出功率和电动势应该为多大？输电的效率为多大？,明确研究对象及物理模型，正确选用模型对应的物理规律，是求解的关键。能量守恒是联系

10、各回路的根本规律。,电磁场和电磁波,电磁场和电磁波,资料,产生,描述,一、 电磁振荡的产生,做好一个演示实验:,LC振荡电路,此实验用放大电路才有可能做成功,一 、电磁振荡的产生,分析LC振荡电路一个周期内各个物理量的变化,整个过程中，电容器极板上的电荷q，电路中的电流i，电容器内的电场强度E，线圈的磁场B，都发生周期性变化 . i、B、磁场能变化情况相同； q、u、E、电场能变化情况相同,可以让学生列表找出规律,也可以按照电流图像分析:,电流增加磁场增强E磁增加E电减少EC减弱QC减少正向放电,电流减小磁场减弱E磁减少E电增加EC增强QC增加反向充电,电流增加磁场增强E磁增加E电减少EC减弱

11、QC减少反向放电,电流减小磁场减弱E磁减少E电增加EC增强QC增加正向充电,(1)、两个物理过程：,放电过程:电场能转化为磁场能，q i,充电过程：磁场能转化为电场能，q i,充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。,放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。,(2)、两个特殊状态：,关注:,关注:,(3)、振荡中的能量,总能量守恒电场能磁场能,电场能与磁场能交替转化,例：如图所示的振荡电路中，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路的电流正在增强则此时Aa点电势比b点低B电容器两极板间场强正在减小C电路中电场能正在增大D线圈中感应电动势正在减小,ABD,放电

12、过程,例：如图所示的振荡电路中，某时刻的情况，则此时Aa点电势比b点低B电容器两极板间场强正在减小C电路中电场能正在增大D线圈中感应电动势正在减小,AC,+ + +,- - -,充电过程,正确的答案：B、C、D,会判断各时刻各量的大小及变化情况,正确的答案：A、B、D,总结：,在解决振荡电路问题，注意两个方面：（1）电场能与磁场能的交替转化，与电场能和磁场能相关的各量的变化规律；（2）qt 和it 图线及其相互转化。,二、电磁振荡的周期和频率,LC回路的固有周期和固有频率,注意: 理论和实验都可得到,LC回路的固有周期T和固有频率f仅和 LC回路本身的因素有关(C和L的大小), 和外界条件(充

13、电多少, 板间的电压的高低)无关. 故称为固有周期和固有频率.,正确的答案：A,D.,正确的答案：A、D,L与线圈的匝数、横截面积、有无铁芯等有关,三、电磁场与电磁波 发展史,1.变化的磁场产生电场：均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，稳定的磁场不产生电场 2.变化的电场产生磁场：均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，稳定的电场不产生磁场 3.变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场,麦克斯韦的电磁理论,2、电磁波的产生,(1)振荡电路、快速振动的电荷、振荡的电场(或磁场)可视为电磁波源。,(2)电磁波的周期和频

14、率等于激发电磁波的电磁振荡(振荡电流)的周期和频率。,电磁波,1、电磁波,变化的电场、磁场由近及远传播就形成电磁波。,3、真空中电磁波的速度,4、波长、频率与波速的关系,电磁波在空间以一定的速度传播：电磁波在真空中传播的速度 C=3.0108米 / 秒。,电磁波的传播:,E、B同时达到最大值,了解无线电波的发射和接收了解电视、雷达、移动电话,1电磁场理论的建立18世纪末期，德国哲学家谢林认为，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特是谢林的信徒，他从1807年开始研究电磁之间的关系。1820年，他发现电流以力作用于磁针。,安培发现电

15、流对磁针作用力的方向和电流的方向以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直。法拉第在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特1820年发现电流使磁针受力转动，法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁生电的实验。1831年他发现，当磁捧插入导体圈时，导线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。,麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是：变化着的电场能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。在此基础上提出了一套偏

16、微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程。,2电磁场理论的应用和发展 1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场理论应用与发展时代，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。,赫兹-德国物理学家,赫兹对人类伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在，发现了光电效应。,1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。开创了无线电电子技术的新纪元。,赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于1894年因血中毒逝世，年仅36岁。为

17、了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫”。,电磁波谱:,将电磁波按波长或频率的顺序排列成谱,电磁波的应用从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。1914年语音通信成为可能。1920年商业无线电广播开始使用。20世纪30年代发明了雷达。40年代雷达和通讯得到飞速发展，自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。,马可尼,布劳恩,马可尼和布劳恩共同获得1909年诺贝尔物理学奖。,麦克斯韦（James Clerk Maxwell，

18、18311879），英国物理学家，经典电磁理论的奠基人1831年6月13日出生于爱丁堡1847年入爱丁堡大学听课，专攻数学他很重视实验，涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等他说：“把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固” 1850年考入剑桥大学，1854年以优异成绩毕业并获得了学位，留校工作1856年起任苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到1874年经法拉第举荐，自1860年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授1871年起负责筹划卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人1879年11月5日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅48岁,麦克斯韦,谢谢!,