3.1 交变电流 课件 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

人教版 高中物理必修三 交变电流 3.1 1 新课引入 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。电，每时每刻都在为人类作着巨大的贡献。 来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？ 01 交变电流 交变电流 0 i t 观察这上下两组波形图各有什么特点？ 直流电（DC）： 方向不随时间变化的电流。 交流电（AC）： 方向随时间周期性变化的电流。 交变电流 2.交变电流（AC）:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。 3.直流电（DC） ：方向不随时间变化的电流 0 i t 恒定直流 0 i t 脉动直流电 4.说明： （1）方向呈周期性变化是判断交流的标准。 （大小不变，方向改变的电流也是交流） （2）交变电流经电子电路处理后可变成直流。 （3）直流 恒定电流：大小和方向不随时间变化的电流 脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流 1.波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像。 5、几种常见的交变电流的种类 (1)正弦式交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲 交变电流 演示实验观察交变电流的方向 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。实验现象说明了什么？ G 手摇电动机 演示实验观察交变电流的方向 观看慢放镜头思考： 那个位置电流最大？ 那个位置电流最小？ 那个位置方向发生改变？ 02 交变电流的产生 交变电流的产生 发电机的基本构造 线圈：转轴垂直于磁场方向 磁极：磁极间形成匀强磁场 K、L——圆环 E、F——电刷 ｝ 保持线圈与外电路持续连接 B 思考：当线圈转动时电流大小会不会发生变化？电流方向是否改变呢？ 交变电流的产生 交变电流的产生 A B C D v 问题:当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 甲 交变电流的产生 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 交变电流的产生 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 交变电流的产生 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 交变电流的产生 A( B ) D( C ) 将立体图转化为平面正视图 此时线圈具有的特点 线圈平面与磁场垂直，速度方向与磁场方向平行 磁通量为最大 磁通量的变化率为0 感应电流 为0，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。 感应电动势为0 中性面 交变电流的产生 将立体图转化为平面正视图 线圈平面与磁场平行，速度方向与磁场方向垂直 磁通量为 0 磁通量的变化率最大 感应电流 最大 感应电动势最大 A(B) D(C) 此时线圈具有的特点 演示：交变电流的变化图像 03 交变电流的变化规律 交变电流的变化规律 1.交变电流的瞬时值表达式推导 线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经过时间t： (1)线圈转过的角度为ωt. (2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ . (3)ab边转动的线速度大小： v＝ . (4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S) Eab＝BLabvsin θ＝ (写出φ-t表达式) ωt 注意初始位置在哪 交变电流的变化规律 (5)整个线圈产生的感应电动势： e＝2eab＝ . 若线圈为n匝，则e＝ . 由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按 规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流. 正弦函数 BSωsin ωt nBSωsin ωt 交变电流的变化规律 交流发电机与电阻连接 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 交变电流的变化规律 以上表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立 交变电流的变化规律 交变电流的图像 　 规律 物理量　 函数表达式 图象 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt 电压 u＝Umsin ωt＝ sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt （从中性面计时） 交变电流的变化规律 正弦式交变电流瞬时值表达式 （每一个时刻电动势都有唯一值与其对应） 思考： （3）试写出电流的瞬时值表达式？ （1）如果从平行面开始计时，表达式会有何变化？ （2）电动势的最大值（峰值）是多少？ 若线圈从中性面的垂面开始计时，在t 时刻线圈中的感应电动势是多少？ B v A(B) D(C) 中性面 ωt t = 0 v‖ v⊥ ωt 另一种推导方式： 说明：物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流(本质规律都相同)统称为正弦式交流电 负载两端电压变化规律： 流过负载的电流变化规律： 交变电流的变化规律 04 交流发电机 说明：无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。 交流发电机 小试牛刀 例：有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。问： （1）该线框产生的交变电动势最大值、电流最大值分别是多少？ （2）线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？ （3）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （1）6.28V　6.28A （2）5.44V （3）e=6.28sin10πtV 课堂小结 1、交变电流 2、交变电流的产生 3、交变电流的变化规律及图像 4、交流发电机 人教版 高中物理必修三 感谢观看 3.1 31 Lavf58.29.100 sin ωt ω Lavf58.29.100 eq \f(REm,R＋r) eq \f(Em,R＋r) $$