2019_2020学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步4交变电流变压器课件必修3.pptx
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1、4 交变电流 变压器,主题3 电磁场与电磁波初步,学科素养与目标要求,物理观念: 1.了解交变电流是怎样产生的. 2.了解交变电流的变化规律、图象及描述交变电流的物理量. 3.了解变压器的构造,知道变压器改变交变电压的原理. 科学探究: 1.通过实验,探究交变电流的产生. 2.通过实验探究总结变压器原、副线圈的电压和匝数的关系. 科学态度与责任: 1.了解发电机的发明和交变电流的利用对促进人类社会进步的作用,进一步体会科学、技术与社会生活之间的密切联系. 2.体验科学探究过程,培养实验设计与分析论证能力.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础
2、,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,一、交流发电机,1.发电原理:由于 的转动使得穿过线圈的 发生变化,在线圈中产生了 . 2.交变电流:大小、方向随时间做 变化的电流,简称 . 方向不随时间变化的电流叫 .,转子,磁通量,感应电动势,周期性,交流,直流,1.定义:电流、电压随时间按 的规律变化的交流电叫做正弦式交变电流,简称正弦式电流. 2.图象: 图象. 3.表达式:i ,u ,eEmsin t,式中 、 、Em分别是电流、电压、电动势的最大值,叫做交流的 .,二、正弦式交变电流的变化规律,正弦函数,正弦,Imsin t,Umsin t,Im
3、Um,峰值,4.交变电流的周期和频率 (1)交变电流完成 所需的时间叫做它的 ,通常用T表示,单位是秒.交变电流在1 s内发生周期性变化的 ,叫做它的 ,通常用f表示,单位是赫兹,简称赫,符号是 . (2)周期和频率的关系为T 或f .,一次周期性变化,周期,次数,频率,Hz,5.交变电流的有效值(Ue、Ie) (1)交变电流的有效值是根据 来规定的:把交流和直流分别通过 的电阻,如果在 的时间内它们产生的热量 ,我们就把这个直流电压、电流的数值叫做这一交流的有效值. (2)对正弦式交变电流,其有效值和峰值之间存在着如下的关系: Ie Im Ue Um,电流的热效应,相同,相同,相等,0.70
4、7,0.707,1.变压器的结构 (1)变压器由 和绕在 组成. (2)原、副线圈 原线圈:与电源(或前一级电路)连接的线圈叫原线圈(也叫初级线圈). 副线圈:与负载(或下一级电路)连接的线圈叫副线圈(也叫次级线圈).,三、变压器,铁芯,铁芯上的两个线圈,2.变压器的工作原理 (1)原理 电磁感应现象是变压器工作的基础.当原线圈中的电流变化时,在铁芯中就会产生 ,就会引起副线圈中的 的变化,从而产生 . (2)变压器的作用:能改变交变电流的 ,不改变交变电流的周期和频率.,变化的磁场,磁通量,感应电动势,电压,即学即用,判断下列说法的正误. (1)交变电流的方向随时间做周期性变化.( ) (2
5、)跟交流具有相同热效应的直流的值是交流的有效值.( ) (3)变压器也能改变恒定直流电的电压.( ) (4)当原线圈匝数比副线圈匝数多时,该变压器是升压变压器.( ),重点探究,一、交变电流的产生,1.交流发电机的组成 交流发电机通常包括固定不动的“定子”和能够连续转动的“转子”. 2.发电机原理 当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,穿过线圈的磁通量发生变化,因而在线圈中产生感应电流.线圈做周期性的运动,在线圈中就产生了大小和方向随时间做周期性变化的交变电流.,3.发电机的分类 (1)旋转电枢式发电机:线圈在磁场中旋转.线圈(电枢)是转子,磁体是定子,如图1甲所示. (2)旋转磁极式
6、发电机:磁体转动,是转子;线圈不动,是定子.如图乙所示. 无论线圈转动,还是磁体转动,都是转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化,在线圈中产生感应电动势.,图1,4.直流电和交变电流 (1)直流电:方向不随时间变化的电流,称为直流电,简称直流,用字母“DC”或符号“”表示. (2)交变电流:大小、方向随时间做周期性变化的电流,称为交变电流,简称交流,用字母“AC”或符号“”表示. 注意:电流方向随时间做周期性变化,是交流电的最主要特征,也是交流电与直流电最主要的区别.,例1 (多选)如图2所示为交流发电机的结构和原理示意图,当线圈在磁场中缓慢匀速转动时,观察电流表的指针,可以判断 A.指针随着
7、线圈的转动而摆动,并且线圈转动一周指针左右摆动一次 B.当线圈平面转动到跟磁感线平行时,电流表指针的偏转角最大 C.当线圈平面转动到跟磁感线垂直时,电流表指针的偏转角最大 D.因线圈的转动是匀速的,则线圈产生的感应电动势和感应电流是周期性的,图2,解析 这是一个旋转电枢式交流发电机模型,当线圈在磁场中转动时,线圈产生的感应电动势和感应电流都随时间变化,线框转动一周,完成一个周期性变化,对应的指针左右摆动一次,故选项A正确; 当线圈平面跟磁感线平行时,穿过线圈的磁通量为零,但线圈的两条边切割磁感线,此时的速度方向跟磁感线垂直,所以线圈中的感应电动势最大,对应的感应电流也最大,所以B项正确; 当线
8、圈平面跟磁感线垂直时,穿过线圈的磁通量最大,但此时速度方向平行于磁感线,线圈中的感应电动势和感应电流均为零,所以选项C错误; 因线圈是匀速转动的,那么产生的感应电动势和感应电流就是周期性变化的,故D项正确.,例2 (多选)下图中属于交变电流的是,解析 根据交变电流的定义判断,大小、方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,符合此定义的是B、C两图, A、D两图中只是电流的大小变化,方向未变,不符合定义.,二、交变电流的变化规律及描述,1.正弦式交流电的变化规律: (1)电流、电压随时间按正弦规律变化. (2)图象为正弦曲线(如图3所示):,图3,2.描述交流电的各物理量的关系 (1)周期(T)
9、与频率(f ),(2)有效值:交流的有效值是根据电流的热效应规定的:把交流和直流分别通过相同的电阻,如果在相等的时间里它们产生的热量相等,就把这个直流电压、电流的数值,叫该交变电流的有效值.,3.说明 (1)我们通常说家庭电路的电压是220 V,是指有效值.各种使用交变电流的电器设备上所标的是额定电压和额定电流的有效值,一般交流电流表和交流电压表测量的数值也都是有效值. (2)对电容器来说,其击穿电压值应小于交流的最大值. (3)以后提到交变电流的数值,凡没有特别说明的,都是指有效值.,例3 (多选)一个按正弦函数规律变化的交变电流的et图象如图4所示,根据图象可以断定 A.交变电流的频率f0
10、.2 Hz B.交变电流电动势的最大值是220 V C.交变电流电动势的有效值是220 V D.把此交流电接在阻值为100 的电阻两端,其发热 功率为484 W,图4,学科素养 本题通过交变电流的图象考查了对交变电流的认识及描述交变电流的物理量间的关系,锻炼了识图、用图的能力和数学知识与物理知识相结合的综合能力,这正是学科素养“科学思维”的体现.,例4 某一电热器接在U110 V的直流电源上,每秒产生的热量为Q;现把它改接到交流电源上,每秒产生的热量为2Q,则该交流电压的最大值Um是 A.110 V B.110 V C.220 V D.220 V,解析 设电热器的电阻为R,当电热器接在U110
11、 V的直流电源上时,,联立解得Um2U220 V,故选C.,三、变压器的结构及原理,1.变压器的结构 变压器组成如图5所示:,图5,(1)线圈:由漆包线绕制而成.原线圈连接前一级电路,副线圈连接下一级电路. (2)铁芯:由硅钢片叠合而成. (3)变压器的符号:如图6所示.,图6,2.变压器的工作原理 (1)变压器工作的基本原理和发电机一样,也是电磁感应现象. (2)当原线圈上加交变电压时,原线圈中就有交变电流,铁芯中产生交变的磁通量,如果副线圈是闭合的,则副线圈中将产生感应电流,在原、副线圈中由于有交变电流而发生互感现象. (3)穿过每匝线圈中的磁通量的变化率是一样的,因此每匝线圈中产生的感应
12、电动势大小相等,匝数越多,总感应电动势越大. (4)能量转换:变压器是把电能转化为磁场能,又把磁场能转化为电能的装置.,例5 下图中,属于升压变压器且能使灯泡发光的电路是,解析 变压器不改变直流的电压,A、D错; 升压变压器的原线圈比副线圈的匝数少,B错,C对.,四、变压器的规律及应用,1.变压器的规律 (1)电压关系 设原线圈匝数n1,输入电压U1,副线圈匝数n2,输出电压U2,则 n1n2,是降压变压器,用户附近的变电室内的变压器一般是降压变压器. n1n2,是升压变压器,发电站出来的电压一般要先经过升压变压器升压. (2)频率关系 变压器输出电压与输入电压的频率相等.,(3)功率关系 对
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