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

3.1 交变电流 人教版(2019)物理(选择性必修第二册) 第三章 交变电流 1 目录 素养目标 01 课程导入 02 新课讲解 03 总结归纳 04 课堂练习 05 正确教育 2 素养目标 1.理解交变电流的产生原理,知道什么是中性面 2.掌握交变电流的变化规律及表示方法 3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 你知道下图中的输电线始于哪里,最终又输送到哪里吗? 发电厂的发电机利用什么原理发出来的电?它具有哪些特点? 始于:发电厂、变电站 输送到:乡村、工厂…… 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 新课讲解 5 第一节 交变电流 6 利用示波器观察交变电流 利用示波器,观察用学生电源的交流挡供电时候的波形 利用示波器,观察用干电池供电时电流的波形,这两种波形有什么特点? 点击观看视频 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 1.直流电:电流、电压方向不随时间变化的电流,简称直流(DC)。 大小和方向都不随时间变化的电流为恒定电流。 2.交流电:电流、电压大小和方向都随时间做周期性变化的电流,简称交流(AC)。 交变电流的概念 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 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 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 经典例题 如图所示,属于交流电的是( ) C 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 第二节 交变电流的产生 12 E F 作用:将机械能转化为电能 转子 定子 abcd——线圈(切割磁感线) K、L——圆环 E、F——电刷 } 使线圈在转动时保 持与外电路的连接 交流发电机的基本构造 基本组成: 定子:不动的部分叫定子 -磁极(产生匀强磁场) 转子:转动的部分叫转子 -电枢(产生感应电动势的线圈) 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 讨论交流发电机发电的原理。 线圈转动的过程中,哪些位置穿过线圈的磁通量最大?哪些位置线圈中的电流最大? 侧视图 a(b) d(c) 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 请判断下列四个位置时电流方向?发发电机在匀速转动过程中产生的电流方向有什么特点? a(b) d(c) a(b) a(b) a(b) d(c) d(c) d(c) 电流方向具有周期性变化的特点 E=0、I=0 电流:a d c b a 电流:a b c d a E=0、I=0 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 (1)线圈转到如图所示位置时,磁通量有什么特点? (2)线圈ab段的速度方向与磁场方向是什么关系? (3)此时的感应电动势多大?磁通量的变化率有什么特点? a(b) d(c) a(b) d(c) 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 中性面及其特点 线圈平面与磁感线垂直时的位置,B⊥S 中性面 中性面的特点 a(b) d(c) B ①线圈处于中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,()磁通量的变化率为0,但线圈中的电流为0。 ②线圈每次经过中性面时,线圈中感应电流的方向都要改变。线圈转动一周,感应电流的方向改变两次。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 (1)线圈转到如图所示位置时,磁通量有什么特点? (2)线圈ab段的速度方向与磁场方向是什么关系? (3)此时的感应电动势多大?磁通量的变化率有什么特点? a(b) a(b) d(c) d(c) 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 与中性面垂直的面的特点 a(b) d(c) B (1)与中性面垂直的面,B∥S (2)磁通量的变化率最大, (3)速度方向与磁场垂直,感应电动势最大,电流最大 (4)磁通量最小, 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 第三节 交变电流的变化规律 20 矩形线圈ab、cd宽L1,ad、bc长L2 ,磁感应强度是B,设线圈平面从中性面开始转动,角速度是 .经过时间t, 求此时的感应电动势. 1.经过时间t,线圈转过的角度为多大? 2.线圈ab边或cd边转动的线速度为多大? 3.线圈ab边中的感应电动势为多少? 4.线圈cd边切割磁感线产生的感应电动势为多少? 5.整个线圈的电动势为多少?若线圈为N匝,则电动势又为多少? a(b) d(c) v 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 交流电流的变化规律 1.转过的角度为 2.线圈ab边或cd边转动的线速度为 3.ab边中的感应电动势为 4.cd边中的感应电动势为 5.整个线圈的电动势为。若线圈为N匝,则电动势为 a(b) d(c) v 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 以线圈经过中性面开始计时(AB和CD边切割磁感线 ),在时刻t 线圈中的感应电动势 e :为电动势在时刻t的瞬时值 Em :为电动势可能达到的最大值——峰值 令 Em = NBS 则 e = Em sin t 若为N匝线圈 e=BS sin t e = NBS sin t e o Em T/4 T/2 3T/4 T /2 3 /2 2 t t - Em 匝数 面积 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 Em = NBS 若从中性面开始计时,则: t 时刻瞬时值 峰值(最大值) 从瞬时值可以看出: 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时,所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化,这种交变电流叫正弦式交变电流 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 电动势变化规律: 负载两端电压变化规律: 从与中性面垂直的位置(峰值面)开始计时,瞬时值: 流过负载的电流变化规律: 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 交流电流的变化规律 1.瞬时值表达式:电动势为,电压为,电流为 2.峰值:表达式中的分别为电动势、 电压和电流可能达到的最大值,叫作峰值 3.正弦式电流:按正弦规律变化的交变电流 4.正弦式交变电压随时间的变化关系如图所示 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 第四节 交流发电机 27 交流发电机 用来产生感应电动势 (电枢) 用来产生电势 旋转电枢式发电机 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 交流发电机 旋转磁极式发电机 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 经典例题 1.交变电流是( ) A.矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流 B.按正弦规律变化的电流 C.按余弦规律变化的电流 D.大小、方向随时间做周期性变化的电流 D 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 答案:D 解析:矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时产生的电流,产生的正弦式交流电,故A错误;矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时,若从中性面计时,则产生按正弦规律变化的电流,若从垂直中性面计时,则按余弦规律变化的电流,都是交流电,但交流电不一定是正余弦规律变化的,故BC错误;交变电流的大小和方向都随时间做周期性变化,故D正确;故选D. 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 经典例题 2.关于正弦式交变电流的产生过程,下列说法正确的是( ) A.当线圈平面与中性面垂直时,电流方向发生变化 B.线圈平面经中性面时开始计时,周期内,电流先增大后减小 C.线圈平面与中性面垂直开始计时,2个周期内电流方向改变4次 D.线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置,也是感应电流最大的位置 C 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 答案:C 解析:线圈转动过程中,在中性面位置,通过线圈的磁通量最大,感应电流等于零,方向改变,2个周期内电流方向改变4次;线圈由中性面经 周期转动到与中性面垂直位置,此过程中电流逐渐增大到最大,故C正确,A、B、D错误。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 3.下列各图像中表达的电流是正弦式交变电流的( ) A. B. C. D. C 经典例题 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 答案:C 解析:正弦交流电是指大小和方向随时间做正弦规律变化的电流;由图可知,只有C正确,ABD错误; 故选C. 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 1.交变电流 (1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 (2)图像:如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流。 i t O 甲 i t O 乙 i t O 丙 i t O 丁 仅大小周期性变化的电流不是交变电流,如图 i t O 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 2.正显示交变电流 (1)产生:在匀强磁场中,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 (2)图像:如果从线圈位于中性面位置开始计时,描述交变电流随时间变化的规律的图像为正弦曲线。如图甲、乙所示 (3)正弦式交变电流的峰值表达式:Em=NBSw 穿过线圈的磁通量最大,感应电动势最小,Emin=0 i t O 乙 Im -Im u t O 甲 Um -Um 若从垂直中性面位置开始计时,则为余弦曲线 线圈转动一周,感应电流方向改变两次 最大值 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 1.如图垂直于纸面向里的有界匀强磁场中有一个矩形线框abcd,线框OO`以为轴匀速转动,与磁场右边界重合。若线框中产生电流的峰值为Im,由图示位置开始计时,则下列可以正确描述线框中电流随时间变化的图象是( ) D A. B. C. D. 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案:D 解析:在 内,由于线圏在匀强磁场中从中性面开始转动,故产生正弦式交变电流,在 内都有感应电流,整个周期都有感应电流,所以ABC错误;D正确; 故选D。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 2.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,产生的感应电动势最大值为50 V,那么该线圈由图示位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30 时,线圈中的感应电动势大小为( ) A.50 V B.25 V C. D.10 V C 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 3.如图甲所示,由交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路,线圈ABCD沿逆时针方向转动,图甲所示位置磁感线与线圈平面平行,从此刻开始计时,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图乙所示,下列说法正确的是( ) A.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C.线圈转到图甲所示位置时,线圈中磁通量变化率为零 D.线圈转动到图甲所示位置时,感应电流方为A B C D A B 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案:B 解析:根据题图乙,结合交流发电机工作原理可知,在t2、t4时刻,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量变化率最大,则线圈中产生的感应电动势最大,故A错误;由题图乙知,在t1、t3时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈位于中性面,线圈中感应电流方向改变,故B正确;线圈转到题图甲所示位置时,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量变化率最大,故C错误;线圈ABCD沿逆时针方向转动,根据右手定则判断可知,当线圈转动到题图甲所示位置时,感应电流方向为D C B A D,故D错误. 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 Um=eq \f(REm,R+r) Im=eq \f(Em,R+r) $$