3.1交变电流-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第二册）

第三章 交 变 电 流 3.1交变电流 用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？ 情景引入 一、交变电流 t I 0 t I 0 交流电： 大小和方向都随时间做周期性变化 直流电： 方向不随时间变化 大小 不变 变化 （恒定电流） 交流 直流 充电器 电动自行车的无刷电机（直流电转交流电） 观察交变电流的方向 把两个发光颜色不同的发光二极管"并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。 现象： 说明：发电机产生的交流电电流方向在不断变化。 两个二极管会交替发光 演 示 二、交变电流的产生 1.交流发电机示意图 ABCD——线圈 K、L——圆环 E、 F——电刷 E=0、I=0 磁通量为最大 中性面 × • 电流：B→A→D→C→B × • I 2.交流电的产生原理 电流：C→D→A→B→C I 二、交变电流的产生 3.交变电流的变化情况（定性） E=0、I=0 磁通量为最大 中性面 × • 电流：B→A→D→C→B × • 电流：C→D→A→B→C 甲 乙 丙 丁 戊（甲） i o t 线圈每经过中性面一次，交流电方向改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。 A(B) D(C) 三、交变电流的变化规律 磁感应强度是B，AB、CD长为l，AD、BC宽为d，线圈匀速转动的角速度是ω，设t＝0时线圈刚好转到中性面位置， v∥ v⊥ 线圈与中性面的夹角是多少？ AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？ v = AB边的速度多大？ B v A D t · × 中性面 t 经过时间t AB边中的感应电动势多大？ vsinθ sin t 线圈中的感应电动势多大？ sin t= BSsin t 三、交变电流的变化规律 当 从中性面计时开始，e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值。 sin t=1时 如果线圈匝数为N，则Em＝NωBS。 e有最大值用Em表示 sin t= BSsin t 若电路中的负载为纯电阻电路时，负载两端的电压和流过的电流也按正弦规律变化。即， u ＝ Umsin ωt i ＝ Imsin ωt 其中Um 、 Im分别叫电压和电流的最大值，也叫峰值。 而e、u、i 则是相应的物理量的瞬时值。 4.正弦式交变电流 【例题1】在磁感应强度为1 T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD，如图所示，线圈绕OO′轴以转速 匀速转动．AB＝20 cm，BC＝25 cm，线圈的总电阻为r＝1 Ω，定值电阻的阻值为R＝9 Ω，从图示位置开始计时． (1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式． (2)线圈转过300，流过R的电荷量为多少？ (3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？ (1)感应电动势最大值Em＝NBSω＝NBL1L2·2πn＝50 V. 整个线圈中的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝50cos100t(V)． (2)线圈转过300，q＝IΔt，其中 ，又 解析： 代入数据得q＝0.025 C. 而 可得 (3)线圈转过300， 此时， 典例解析 利用传感器显示的交变电流的图像 这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 Em e O t i O t u O t Im Um 演 示 三、交变电流的变化规律 5.不同形式的交流电 正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。 【例题2】在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（　） A．t＝0时，线圈平面垂直于磁感线 B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向 C．t＝1.5s时，线圈中磁通量的变化率最大 D．t＝2s时，线圈中的感应电流最大 D 解析： 根据图像可知，t=0时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，A项错误； 图像的斜率为 ，即表示磁通量的变化率，在0.5S~1.5S 之间，“斜率方向“不变，表示感