3.1交变电流-2022-2023学年高二物理讲练结合新课件（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 选择性必修二 第三章 第一节 2019人教版高中物理 公路旁、旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去…… 这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。电，每时每刻都在为人类作着巨大的贡献。 来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？这一章我们就来学习与此相关的内容。 【导入新课】 【学习目标】1.认识交变电流，了解交流发电机产生交流电的过程。 2.会用图像和公式描述正弦式交变电流。3.会用正弦式交变电流的公式和图像解决问题。【重点】产生交流电的过程和用图像和公式描述正弦式交流电【难点】用图像和公式描述正弦式交流电 学习目标 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？ 一、交变电流和直流 1.直流(DC)： 方向不随时间变化的电流称为直流电流，简称直流， 例如：干电池供电的电路。 2.交流(AC)： 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。例如：家用照明电路。 t i 0 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（图 3.1-2）。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。实验现象说明了什么？ 现象：两个二极管会交替发光 说明：发电机产生的交流电电流大小和方向在不断变化。 二、交变电流的产生 现在我们来利用所学的电磁学的知识来分析交流电的产生过程。 假定线圈在匀强磁场中绕轴OO′沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则： 1.在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？ 2.线圈由甲图转到乙图位置的过程中，AB 、CD 边中电流各向哪个方向流动？ 3.线圈由丙图转到丁图位置的过程中，AB 、CD边中电流各向哪个方向流动？ 4.转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？ 二、交变电流的产生 1.B⊥S，φ最大 2.没有切割B，E=0，I=0 3.此位置称为--中性面 1.B∥S，φ=0， 2.垂直切割B,E最大I最大 3. 此位置称为--峰值面 1.B⊥S，φ最大 2.没有切割B，E=0，I=0 3.此位置称为--中性面 1.B∥S，φ=0， 2.垂直切割B,E最大I最大 3. 此位置称为--峰值面 感应电流方向DCBA 感应电流方向ABCD 大致画出感应电流随时间变化的曲线： 转动过程 电流方向 甲→乙 B→A→D→C 乙→丙 B→A→D→C 丙→丁 A→B→C→D 丁→甲 A→B→C→D 1.中性面：垂直磁场方向的平面． （1）穿过线圈的磁通量φ=BS最大，但=0最小，线圈中的感应电动势为零． （2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次． 2.峰值面：平行于磁感线的的平面。 φ=0,最大，感应电动势最大。 结论: 二、交变电流的产生 9 三、正弦式交变电流的变化规律 如图所示，单匝矩形线圈绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则： (1)ab边产生的感应电动势为多大？ (2)整个线圈中的感应电动势为多大？ (3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？ (4)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，则线 圈内的电流和路端电压分别为多大？ （2）e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt. （3）e＝NBSωsin ωt. （1） 三、交变电流的变化规律： Em = NBSω 若从中性面开始计时，则： t 时刻瞬时值 峰值（最大值） 从瞬时值可以看出：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化，这种交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流。正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。 从最大值可以看出：交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场。 利用传感器显示的交变电流的图像： 问题：试画出对应的磁通量与时间图像 三、交变电流的变化规律： 若线圈从中性面的垂面（峰值面）开始计时，在t 时刻线圈中的感应电动势是多少？ B v A(B) D(C) 中性面 ωt t = 0 v‖ v⊥ ωt 另一种推导方式： 说明：物理学中，正弦交