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

情景引入 无论是工作、娱乐还是学习都离不开电 3.1交变电流 合肥九中---孙磊 演示实验1： 通过学生电源分别用直流和交流电源给发光二极管进行供电，请同学们观察实验现象的区别。 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） 一、电源的分类 【例题1】 交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流( ) 直流电：方向不随时间变化的电流（ ） 恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流（ ） 演示实验2：手摇发电机给发光二极管供电。 手摇发电机为什么会产生交变电流？交流发电机的工作原理？ 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 2.交流电的产生原理 思考并回答以下几个问题： （1）线圈在何位置时通过线圈的磁通量最大？何位置时磁通量最小？ （2）线圈在转动的过程中哪些边在切割磁感线，产生了感应电动势？ （3）在转动的过程中在哪个位置产生的瞬间感应电流最大？哪个位置最小？ （4）线圈在哪个位置时感应电流的方向发生了改变？ 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。 理论证实： 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， 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？ 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 v∥ v⊥ B v A D t · × 中性面 三、交变电流的变化规律 sin t= BSsin t （多匝线圈） 注意以下几点： 1、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。 2、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， 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。 e=Emsinωt i=Imsinωt u=umsinωt Em ＝NωBS 峰值 Um ＝ Im R外 峰值的应用: 把电容器接在交流电路中，就需要知道电压的峰值。电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。 【例题2】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时，线圈产生的感应电动势多少？ (3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？ 【例题3】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 三、交变电流的变化规律 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。 四、交流发电机 线圈（叫电枢） →产生感应电动势 磁极 →产生磁场 1.基本组成 2.基本种类 旋转电枢式 →电枢动，磁极不动 旋转磁极式 →磁极动，电枢不动 无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。 四、交流发电机 两种发电机的比较 旋转电枢式发电机：旋转电枢式发电机转子产生的电流，经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过500 V。 旋转磁极式发电机：旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。 Lavf58.29.100 $$