2.2 交变电流的产生 课件-2022-2023学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流与远距离输电 2.交变电流的产生 教学目标 CONTENT 01 02 03 掌握正弦式交变电流的变化规律 掌握正弦式交变电流的产生原理 掌握交流发电机的基本原理 2 新课引入 交变电流的大小和方向都随时间发生变化。它究竟是怎样产生的呢？ 本节我们将从电流的产生原理入手，学习其变化规律。 交流发电机结构 交流发电机 一 知能提升 1.构造： ①产生感应电动势的线圈。 ②产生磁场的磁体。 2.分类： ①旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 ②旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。 ③转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。 迷你实验室： 用发电机产生交变电流 现象：线圈每转动一周，电流方向改变两次。 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。 实验演示： 观察交变电流的方向 说明：教学用发电机发出的方向作周期性变化的电流，也就是交流电。 1、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大? 4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。 B⊥S Φ最大 E=0 I=0 中性面 垂直磁场方向的平面叫做中性面。 线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零。 将立体图转化为平面图 过程分析： B B∥S Φ=0 E最大 I最大 感应电流方向B到A 线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大。 A(B) D(C) 垂直中性面 B⊥S Φ最大 E=0 I=0 中性面 B∥S Φ=0 E、I最大 感应电流方向C到D v // B v⊥B 正弦式交变电流的产生原理 二 知能提升 1.中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。 2.线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零。 4.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。 3.线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。 e O 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 Em 正弦式交变电流的变化规律 三 如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.ab和cd长为l，ad和bc长为d. 经过时间t，线圈转过的角度θ=ωt ab与cd的速度v=ω 与磁感线垂直的速度为vsin θ= ωsin ωt vsin θ vsin θ ab与cd切割产生电动势叠加，根据动生电动势公式：e=2Blvsin θ= ωBldsin ωt= ωBSsin ωt 若线框有N匝： e=NωBSsin ωt 设： Em=NωBS e=Emsin ωt 知能提升 1.电动势按正弦规律变化： e=Emsin ωt 2.电流按正弦规律变化： i=Imsin ωt 3.电路上的电压按正弦规律变化: u=Umsin ωt 电流i=Imsin ωt通过R时：u=iR,Um=ImR 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时 Em 、 Im、Um分别是电动势、电流和电压的最大值，也叫峰值 B 在不同的时刻，e有不同的数值，称为瞬时值 4. 在只含有电阻的交流电路中，欧姆定律也适用 t 0 Um -Um i t 0 Im -Im U i=sin ωt =Imsin ωt u=iR=Umsin ωt 典例精析 例1：线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是(　　) A．磁通量和感应电动势都在变大 B．磁通量和感应电动势都在变小 C．磁通量在变小，感应电动势在变大 D．磁通量在变大，感应电动势在变小 解析：由题图可知,Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量变大,感应电动势变小 D 例2：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法中正确的是(　　) A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大 C．t＝0.02 s时刻，交变电动势达到最大 D．该线圈产生的相应交变电动势的图像如图乙所示 解析：t=0时刻，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A错误； t=0.01s时刻，磁通量为零，斜率最大， Φ变化率最大，B正确； t=0.02s时刻