3.2交变电流的产生【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第二册）

鲁科2019 第2节 交变电流的产生 高中物理选择性必修二 第3章 交变电流与远距离送电 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理 知识回顾 怎样能使穿过闭合回路的磁通量发生变化呢？ 产生感应电动势和感应电流和感应电流的条件？ 根据法拉第电磁感应定律，只要通过闭合导体的磁通量发生变化，就可以产生感应电动势和感应电流。 让闭合导体与磁极间做相对运动是最简单的方式。 发电机就是利用这种方式制成的 磁极 磁极 电枢（线圈） 发电机根据旋转主体不同可分为： 1、旋转电枢式发电机 2、旋转磁极式发电机 发电机中转的称为转子，不转的称为定子 机械能 电能 有的使用永久磁铁 有的使用电磁铁 通过线圈与磁极间的相对运动，将 发电机 线圈端头的滑环 电刷 用发电机产生交变电流 如图3-6，将发电机的输出端通过滑动变阻器与电流计的两个接线柱连接。转动手柄，让线圈持续在磁极中转动。观察电流计指针的偏转情况。 现象： 线圈在磁场中转动时，电流计指针来回往复的偏转。 结论： 发电机产生的感应电流的大小和方向是不断变化的。线圈在磁场中转动时，感应电流的大小和方向都随时间做周期性变化，线圈每转动一周，电流方向改变两次。产生的电流是交变电流。 能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机，称为交流发电机。 一、交流发电机 能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机，称为交流发电机。 二、正弦式交变电流产生的原理 交流发电机是如何产生大小和方向都随时间做周期性变化的电流的？ 当线圈转到图 （a）所示的位置时，线圈平面与磁感线垂直。在这一瞬间，ab 边和 cd 边的速度方向均与磁感线平行，线圈的这两边都不切割磁感线，因此不产生感应电动势，回路中没有感应电流。物理学中，把这个位置称为中性面。 没有边切割磁感应线 B⊥S， Φ最大，E=0 , I=0 中性面 特点: 当线圈沿逆时针方向转过 90° 到达图 （b）所示的位置时，线圈平面与磁感线平行。这时，ab 边向下切割磁感线，而 cd 边向上切割磁感线，根据右手定则可判定，线圈中的感应电流方向是： d → c → b → a ab、dc边垂直切割磁感应线， 特点: B∥S，Φ=0，E最大，I最大，感应电流方向d → c → b → a 当线圈继续转过 90°到达图（c）所示的位置时，线圈平面与磁感线垂直，又到了中性面上。在这一瞬间，线圈的 ab 和 cd 两边都不切割磁感线，感应电流为零。 没有边切割磁感应线 特点: B⊥S， Φ最大，E=0 , I=0 中性面 当线圈又继续转过 90°到达图 （d）所示的位置时，线圈平面又与磁感线平行。这时，ab 边向上切割磁感线，而 cd 边向下切割磁感线，根据右手定则可判定，线圈中的感应电流方向是: a → b → c → d 特点: ab、dc边垂直切割磁感应线， B∥S，Φ=0，E最大，I最大，感应电流方向:a → b → c → d 当线圈继续转过 90°时，就回到图 （a）所示的位置，又回到中性面上，感应电流为零，交变电流完成了一次周期性变化。接下来，线圈将重复上述转动过程，线圈中的电流也将重复上述变化过程。 在线圈的转动过程中，感应电动势和感应电流的大小和方向随时间呈周期性变化。 每次过中性面，方向就发生改变。 线圈每转一圈，方向改变两次。 交变电流 三、正弦式交变电流的变化规律 电动机线圈转动产生的感应电动势和感应电流随时间的变化有何规律？ 设矩形线圈的ab边长为l， 在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度ω匀速转动，以线圈经过中性面开始计时， 经t时间，线圈平面与磁场的夹角 v1 v2 速度方向与磁感应强度的夹角也为θ，速度v分解为：v1 ⊥ B, v2 // B t时刻电动势： 思考：若线圈有n匝呢？ 相当于n个完全相同的电源串联 则： 感应电动势呈正弦规律变化，e为感应电动势的瞬时值。 ？ 线圈中感应电动势大小： e o Em T/4 2T/4 3T/4 T π/2 π 3π/2 2π ωt t a b c d K L A B a b c d K L A B a b c d k L A B a b c d k L A B a b c d k L A B 感应电动势的瞬时值用图象表示 感应电动势瞬时值呈正弦规律变化。 （2）电路上的电压按正弦规律变化 电流　　　　　　　　通过R时： （1）电流按正弦规律变化 只含有电阻的交流电路中，欧姆定律也是适用的。 正弦交流电是最简单最基本的交流电。 正弦式交变电流的变化规律 感应电流瞬时值和导体两端电压瞬时值均呈正弦规律变化 设回路中外电阻为R；r为线圈电阻 在匀强磁场中有一矩形线圈，绕线圈平面内垂直于磁感线的轴