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

第三章 第一节 交变电流 高中物理选择性必修第二册 问题引入 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？ 方向大小不变化 方向大小周期性变化 交变电流 1.恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流。 2.直流电（DC）：方向不随时间变化的电流叫做直流电。 3.交流电（AC）：方向随时间做周期性变化的电流叫做交流电。 大小可变 交变电流 认识手摇发电机的内部结构 1.定子：不动的部分叫定子——磁铁 2.转子：转动的部分叫转子——电枢 3.滑环：K、L 4.电刷：E、F 两个磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场。 交变电流 交变电流 教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，是一种交变电流。 实验结论： 那交变电流是怎么产生的呢？ 交变电流的产生 转动手柄带动线圈在磁场中转动，假定线圈沿逆时针方向匀速转动时，问：哪些边切割磁感线？线圈的磁通量又是怎么变化的呢？ AB边和CD边切割磁感线 交变电流的产生 甲 乙 AB和CD的速度方向与磁场平行 AB和CD的速度方向与磁场垂直 交变电流的产生 乙 AB和CD的速度方向与磁场垂直 丙 AB和CD的速度方向与磁场平行 交变电流的产生 丙 AB和CD的速度方向与磁场平行 丁 AB和CD的速度方向与磁场垂直 丁 AB和CD的速度方向与磁场垂直 交变电流的产生 甲 AB和CD的速度方向与磁场平行 交变电流的产生 (1)线圈转到甲、丙位置时，磁通量有什么特点？ (2)AB棒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？感应电流方向怎么变化？ 甲 丙 思考与讨论： 交变电流的产生 1.当线圈平面转到与磁场方向垂直时，此时磁通量最大，我们把此时位置称为中性面。 2.中性面的特点： ① 线圈平面与磁场垂直，即 ② 磁通量最大，即 ③ 速度方向与磁场平行，不切割磁感线， ④ 线圈每经过中性面时，线圈中电流方向改变一次。 交变电流的产生 3.垂直中性面的特点： ① 线圈平面与磁场平行，即 ② 磁通量最小，即 ③ 速度方向与磁场垂直，感应电动势最大，感应电流最大 乙 丁 交变电流的产生 演示：交变电流的变化图像 交变电流的变化规律 线圈处在磁感应强度是B的匀强磁场中，AB、CD宽L1，AD、BC长L2，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度ω。经过时间t，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势。 θ 解析： 1.线圈转过的角度 2.线圈AB边的速度 3.垂直磁场的速度 交变电流的变化规律 θ 4.AB边产生的电动势 5.AB和CD边都在切割磁感线产生的电动势 交变电流的变化规律 6.若线圈从中性面开始转动时，在t时刻产生的感应电动势为： 若线圈匝数为N，则： 线圈从中性面开始转动时产生感应电动势满足正弦函数规律变化，所以又称为正弦交流电。 表示电动势可能达到的最大值，又称为峰值。 交变电流的变化规律 发电机的线圈从中性面位置开始转动时，电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压u、流过的电流i，也按正弦规律变化，即 交变电流的变化规律 交变电流的种类： 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。 交变发电机 如果电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机；如果磁极转动，电枢不动，线圈中同样会产生感应电动势，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。 旋转电枢式发电机转子产生的电流，必须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500V。 交变发电机 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。 练习与应用 1.如图所示，匀速转动的线圈可以产生了正弦式交变电流的是( ) BCD 练习与应用 2．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示，则以下说法中正确的是（　　） A.t=0时刻，线圈平面与中性面垂直 B.t=0.01s时刻，Φ的变化率最大 C.t=0.02s时刻，交变电流的电动势 达到最大 D.该线圈产生的交变电流的电动势随 时间变化的图像如图乙 B 练习与应用 3.矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（    ） A.在t=0.1s时感应电动势最大 B.在t=0.2s时电动势改变方向 C.通过图像可求出电动势的最大值 D.在t=0.4s时，磁通量为0，感应电动势最大 CD 练习与应用 4.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，则（ ） 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的方向改变 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，线圈中 感应电流方向为A→B→C→D→A B Lavf58.29.100 $$