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

塞尔维亚人 自愿放弃了交流电的专利权供世人免费使用 每天只睡2个多小时，最终独自获得1000多项发明专利 电流之战的赢家 尼古拉·特斯拉 第三章 交流电 第三章 交流电 第1节 交变电流 操作：匀速转动手柄，线圈在磁场中匀速转动 现象：小灯泡一闪一闪发光 问题：小灯泡发光亮度有变化说明什么？ 结论：小灯泡中电流大小有变化 观察思考 3 操作：匀速转动手柄，线圈在磁场中匀速转动 现象：电流计指针在零刻线两侧摆动 问题：指针摆动说明什么？ 结论：小灯泡中电流方向有变化 方向不随时间而变化的电流 t i i0 0 直流电: 交变电流： 方向和大小都不随时间而变化的电流 恒定电流: 方向与大小都随时间而变化的电流. 一、认识交变电流 例1.下列各选项的图像中表示交变电流的是(　　) D 解析:B、C两图像中,虽然电流大小随时间做周期性变化,但方向不变,故不是交变电流。A图像中电流的方向没有发生变化,不是交变电流。D图像中,电流的大小、方向随时间均做周期性变化,是交变电流,故选D。 典型例题 正弦交流电是最简单、最基本的的交流电 理论探究： 将手摇发电机磁极间的磁场视为磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右；线圈简化为单匝矩形线圈abcd, 线圈边长ab=L1，bc=L2，设线圈abcd绕水平的中心轴OO’沿逆时针方向以角速度ω匀速转动, 从线圈与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势随时间怎样变化？ 二、正弦交变电流的产生 线圈转动的角速度为ω, ab边长为L1，ad边长为L2 ab边：eab = BL1v ⊥ =（BL1ωL2sinωt ）/2 回路总电动势：e=eab +ecd = BωL1L2sinωt 若线圈匝数为N：e=NBωL1L2 sinωt =NBSωsinωt cd边：ecd = BL1v ⊥ =（BL1ωL2sinωt ）/2 从中性面开始计时，经过时间t 时: 8 t时刻电动势的表达式: e = NBSωsinωt=Emsinωt Em＝NBSω ＝NΦmω 电动势的峰值（最大值）： 交变电动势的最大值，由N、B、S、 ω决定，与转轴位置，线圈的形状无关 9 a（b） d（c） v v a（b） d（c） v v v v a（b） d（c） 1 ﹑感应电动势的瞬时表达式 二、正弦交变电流的变化规律 2 ﹑感应电流的瞬时表达式 （当此交流电通过电阻R时） 3﹑电压的瞬时表达式 二、正弦交变电流的变化规律 （当此交流电通过电阻R时） 例3.有一个正方形线圈的匝数为10匝,边长为20 cm,线圈总电阻为1 Ω,线圈绕OO'轴以10π rad/s的角速度匀速转动,如图所示,匀强磁场的磁感应强度为0.5 T,问: (1)该线圈产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少? (2)若从中性面位置开始计时,写出感应电动势随时间变化的表达式。 (3)线圈从中性面位置开始转过30°时,感应电动势的瞬时值是多大? 典型例题 解析:(1)交变电流电动势的最大值为 Em=NBSω=10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V 电流的最大值为Im= =6.28 A。 (2)从中性面位置开始计时,感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsin ωt=6.28sin 10πt V。 (3)线圈从中性面位置开始转过30°,感应电动势的瞬时值e=Emsin 30°=3.14 V。 求正弦交变电流瞬时值的方法 (1)确定线圈转动的角速度。 (2)确定感应电动势的峰值Em=NBSω。　 (3)确定线圈转动从哪个位置开始计时,一般题目中是从中性面位置或与中性面垂直的位置开始计时。 (4)写出瞬时值表达式e=Emsin ωt或e=Emcos ωt。 12 变式：一矩形线圈有100匝,面积为50 cm2,线圈内阻r=2 Ω,在匀强磁场中绕在线圈平面内且垂直于磁场方向的轴匀速转动,从线圈平面与磁场平行时开始计时,已知磁感应强度B=0.5 T,线圈的转速n=1 200 r/min,外接一用电器,电阻为R=18 Ω,试写出R两端电压瞬时值的表达式。 典型例题 I:0 Φ：最大 a d v v a d v v I:abcda Φ：变小 a d v v a d v v I:abcda Φ：0 I:abcda Φ：变大 讨论交流： 线圈由中性面开始转动一周的过程中： 1.磁通量大小如何变化？ 2.电流的方向是怎样的？什么时候电流反向？ d a v v d a v v d a v v b a v v I:0 Φ：最大 I:dcbad Φ：变小 I:dcbad Φ：0 I:dcbad Φ：变大 a d v v