3.1交变电流 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、电流的分类 3.1 交变电流 新知讲解 1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流，简称交流 (AC)。 2.直流:方向不随时间变化的电流称为直流 (DC) t i 0 注意：电池提供的电流不但方向不变且大小也不变，属于恒定电流。 针对练1.以下各个选项所示的电流中，属于交变电流的是 √ 观察交变电流的方向： 现象： 说明： 发电机产生的电流方向在不断变化。 两个二极管会交替发光 新知讲解 二、交变电流的产生 1.发电机的结构 5 选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻进行研究 2、过程分析 甲 乙 丙 丁 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？ I方向DCBA I方向ABCD 中性面的特点 1.B⊥S，B//v 2.磁通量: 3.感应电动势: 5.感应电流: 4.磁通量的变化率: v v Φ=BS 最大 E=0 ∆Φ/∆t= 0 I=0 甲 将立体图转化为平面正视图 垂直中性面的特点 1.B//S，B⊥v 2.磁通量: 3.感应电动势: 5.感应电流: 4.磁通量的变化率: v v Φ=0 E=BLv 最大 ∆Φ/∆t 最大 I最大 乙 线圈经过中性面时，电流改变方向，线圈转动一周，电流方向改变两次． 例1　交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是 A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大 B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零 C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大 D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B √ 针对练2.(多选)如图所示，线圈中产生了正弦式交变电流的是(均匀速转动) √ √ √ 针对练3.(多选)矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直的位置时 A．线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 √ √ 线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽l，AD、BC长d ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势. B v A(B) D(C) t=0 θ 1.线圈与中性面的夹角是多少？ 2.AB边的速度多大？ 3.AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？ θ 三、交变电流的变化规律 4.AB边中的感应电动势多大？ 5.线圈中的感应电动势多大？ B v A(B) D(C) t=0 θ θ AB、CD等效为两个串联的电源 v11 v⊥ 感应电动势的最大值为 S为线框的面积，N为线圈的匝数 线框的的电动势的变化规律为 交流发动机与电阻连接 负载（电阻）的电压与电流的变化规律 设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为： 峰值：Em、Im和Um 分别是电动势、负载的电流和电压最大值 瞬时值：e 、i、和u 分别是电动势、负载的电流和电压的瞬时值 例2　一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻r＝2 Ω，外接电阻R＝8 Ω，线圈在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中以n＝ 300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图 所示，若从中性面开始计时，求： (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式； (2)线圈从开始计时经 s时线圈中感应电流的瞬时值； (3)外电路R两端电压瞬时值的表达式。 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 正弦式交变电流 演 示 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。 其他形式的交流电 几种常见交变电流的波形 一个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，感应电动势达到最大 D．该线圈产生的感应电动势的图像如图 乙所示 √ 例3 针对练1.下列各图中面积均为S的单匝线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时能产生正弦