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

物理也疯狂 人教版高中物理选择性必修第二册 第三章 第1节 交变电流 目 录 contents 01 交变电流 02 交变电流的产生 03 交变电流的变化规律 04 交流发电机 情境导入 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？ 交变电流 （1）恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流 （2）脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流 2. 直流电(DC)：方向不随时间变化的电流 1. 交变电流(AC)：大小、方向随时间做周期性变化的电流，简称交流。 交变电流 下列五个图，哪些是描述交变电流的?判断依据是什么? C和E是交变电流,判断依据是大小和方向随时间周期性变化。 交变电流 演示实验：观察交变电流的方向 交变电流的产生 交变电流的产生 B⊥S，磁通量Φ最大 v∥B，没有边切割磁感线 E=0 I=0 中性面：与磁感线垂直的平面 1. 起始位置 交变电流的产生 2. 向左转过90° B∥S，磁通量Φ=0 v⊥B，AB、CD边垂直切割磁感线 E最大 I最大 垂直中性面的位置 A(B) D(C) 感应电流的方向：D→C→B→A 交变电流的产生 3. 向左转过180° 中性面：与磁感线垂直的平面 B⊥S，磁通量Φ最大 v∥B，没有边切割磁感线 E=0 I=0 交变电流的产生 4. 向左转过270° B∥S，磁通量Φ=0 v⊥B，AB、CD边垂直切割磁感线 E最大 I最大 垂直中性面的位置 感应电流的方向：A→B→C→D 交变电流的产生 中性面位置：垂直磁场方向的平面 B⊥S：穿过线圈的磁通量Φ最大 v∥B：感应电动势E=0 感应电流I=0 磁通量变化率∆Φ/∆t=0 每经过中性面一次：电流方向改变一次 交变电流的产生 × • × • 中性面的垂面：平行磁场方向的平面 B∥S：穿过线圈的磁通量最小Φ=0 v⊥B：感应电动势最大 感应电流最大 磁通量变化率∆Φ/∆t最大 每个周期内，线圈转动一周： 两次经过中性面，电流方向改变两次 交变电流的产生 为研究问题方便，常用到正视图。请画出“交变电流的产生过程分析”中甲、乙、丙、丁4个位置的正视图。 交变电流的产生 下列关于交变电流和直流的说法正确的是( ) A.若电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B.直流的大小可以变化，但方向不一定变化 C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化 √ 交变电流的产生 在交变电流产生的实验中，下列关于中性面的说法正确的是( ) A.此时线圈垂直切割磁感线，感应电流最大 B.磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率也最大 C.线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变 D.线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变 √ 交变电流的产生     √ 交变电流的变化规律 B v A(B) D(C) θ v11 v⊥ θ 中性面 t=0 线圈与中性面的夹角 AB边的速度 AB边切割磁感线的有效速度 AB边的感应电动势 线圈的感应电动势 若为N匝线圈，感应电动势 矩形线圈AB、CD宽L1，AD、BC长L2 ，磁感应强度为B，设线圈平面从垂直中性面的平面开始转动，角速度为ω，经过时间t，求此时的感应电动势。 交变电流的变化规律 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，称为正弦式交流电。 N：线圈匝数 S：线圈面积 Em：感应电动势的峰值 Em=NBSω·sinωt 若从线圈经过中性面开始计时： 感应电动势的瞬时表达式： e=NBSω·sinωt=Em·sinωt e o Em T/4 2T/4 3T/4 T π/2 π 3π/2 2π ωt t - Em 交变电流的变化规律 若从线圈经过中性面开始计时： 流过负载的瞬时电流： 负载两端的瞬时电压： 感应电动势的瞬时表达式： e = NBSω·sinωt = Em·sinωt 只适用纯电阻电路 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，称为正弦式交流电。 交变电流的变化规律 e O T/4 2T/4 3T/4 T π/2 π 3π/2 2π t Em ─Em a b c d a b c d a b c d K L a b c d a b c d K L K L K L K L Em= nBSω e = Emsinωt 交变电流的变化规律 中性面开始计时： 瞬时值 峰值/最大值 e=NBSω·sinωt Em= NBSω 与开始计时的位置无关 与线圈形状、转轴位置无关 交变电流的变化规律 (1)正弦交流电 (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 正弦交流电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，在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如乙丙丁 交变电流的变化规律     √ √ 交变电流的变化规律   （1）写出感应电动势瞬时值的表达式。       交变电流的变化规律     √ 交流发电机 E F 转子 定子 定子：保持不动的磁极 →产生匀强磁场 交变发电机：将机械能转化为电能 圆环K、L，电刷E、F →使线圈在转动时保持与外电路的连接 转子：转动的电枢，即线圈abcd →切割磁感线，产生感应电动势 交流发电机 交流发电机 关于交流发电机和直流电动机，下列说法正确的是（） A.电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把机械能转化为电能 B.电动机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把电能转化为机械能 C.发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能 D.发电机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把机械能转化为电能 √ 交流发电机 如图甲所示，矩形线圈匝数N＝100 匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场的磁感应强度大小B＝0.8 T，绕轴OO′从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s，试求： (1)穿过线圈的磁通量最大值Φm，线圈转到 什么位置时取得此值； 当线圈平面转至与磁感线方向垂直时，磁通量有最大值。其最大值为Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb。 交流发电机 (2)线圈产生的感应电动势最大值Em，线圈转到什么位置时取得此值； 线圈平面与磁感线平行时，感应电动势有最大值。其最大值为Em＝NBSω＝100×0.8×0.3×0.2×100π V＝480π V。 交流发电机 (3)写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图像。(a→b方向为感应电a流正方向) 感应电动势的表达式为e＝Emcos ωt＝480πcos(100πt) V 图像如图所示。 本节内容到此结束 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $$