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

交变电流 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。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。 家庭用电使用220V交流电 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？ 这两种波形各有什么特点？ 1、直流电(direct current， DC):电流方向不随时间而改变 一、直流电 电流大小、方向都不变的是恒定电流 1、交变电流（alternating current，AC）： 电压、电流大小和方向随时间做周期性变化的电流。 二、交变电流： 注：交流电可以大小和方向都周期性变； 也可以是大小不变，方向周期性变。 2、正弦交流电: 电流的大小和方向都随时间按正弦函数规律变化的交变电流。 t i 0 （正弦交流电是一种最简单、最基本的交流电) 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。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。 说明： 发电机产生的电流方向在不断变化，是交流电。 现象：两个二极管会交替发光 思考：手摇发电机匀速转动时产生的电流可以看成是正弦交流电，它是如何产生的？ 三、正弦交流电的产生 1、发电机的结构 线圈的AB 边连在金属滑环K上，CD边连在滑环 L上；电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。 K D C A B N S 磁极 线圈 磁极 滑环 电刷 O O， F E L 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： 在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？ 只有AB和CD边在做切割磁感线的运动。 而BC和AD边总是沿磁场方向运动。 A B C D v 问题:此图线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线? v∥B，没有边切割磁感线。 （1）起始位置 特点：1、B⊥S，φ最大 2、没有切割，E=0，I=0 此时位置称之为--中性面 B⊥S，φ最大 E=0，I=0 2、交变电流的产生 甲 A(B) D(C) 乙 A B C D （2）向左转过90度 a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线 特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大， E最大，I最大 2.感应电流方向DCBA B∥S，φ=0 A B C D D(C) A(B) B （3）转过180度 v∥B，没有边切割磁感线。 特点：B⊥S，φ最大 没有切割，E=0，I=0 此时位置称之为--中性面 B⊥S，φ最大，E=0 B⊥S，φ最大 丙 A B C D D(C) A(B) B （4）转过270度 特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大， a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线 E最大，I最大 2.感应电流方向ABCD B∥S，φ=0 丁 E=0、I=0 × • 电流：B→A→D→C→B × • I 电流：C→D→A→B→C I 电流方向具有周期性变化的特点，是交流电。 中性面的特点 1.线圈平面与磁场垂直(B⊥S)，速度方向与磁场方向平行(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: Φ=BS 最大 E=0 ∆Φ/∆t= 0 I=0 3、中性面 垂直中性面的特点 1.线圈平面与磁场平行(B//S)，速度方向与磁场方向垂直(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: Φ=0 E=BLv 最大 ∆Φ/∆t 最大 I最大 特别提醒： 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。 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 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 （从中性面开始计时） 按正弦规律变化 思考：如果从中性面的垂面开始计时，经时间t，线圈中的感应电动势又