3.1 交变电流（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

第三章　交变电流 3．1　交变电流 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 目录 contents Part 01 课前预习 梳理教材 课堂探究 核心突破 Part 02 课堂达标 素养提升 Part 03 课时作业（十一） Part 04 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 课前预习 梳理教材 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 周期性 方向 大小方向 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 匀强 垂直磁场 匀速 垂直 最大 0 2 0 最大 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 Emsin ωt Umsin ωt Imsin ωt 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 正弦 锯齿形 方波 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 磁通量 磁体 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 磁极 电枢 转动 固定 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 课堂探究 核心突破 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 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选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 课时作业（十一） 点击进入word 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 谢谢观看 物理 选择性必修2 第三章　交变电流 返回导航 返回导航 返回导航 学习目标 1.通过实验认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流，了解交流发电机产生交流电的过程。 2．经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出交变电流的方向，体会建立模型与推理分析的思维方法。 3．了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能的产生的形式不同。 一、交变电流 1．交变电流：大小和方向都随时间做______变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC)。 2．直流：____不随时间变化的电流称为直流(DC),________都不随时间变化的电流称为恒定电流。 二、交变电流的产生 1．闭合线圈置于____磁场中，并绕________方向的轴____转动。 2．两个特殊位置 (1)中性面：线圈平面与磁感线____时的位置。(S⊥B位置) ①线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ____，但线圈中的电流为__。 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__次。 (2)垂直中性面位置(S∥B位置)此时穿过线圈的Φ为__，电流____。 三、交变电流的变化规律 1．瞬时值表达式：从中性面开始计时，电动势：e＝________，电压：u＝________，电流i＝________。 2．峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值，叫做峰值。 3．正弦式交变电流：按____规律变化的交变电流，简称正弦式电流。 4．其他形式的交变电流：如图甲所示的______交变电流，如图乙所示的____交变电流。 四、交流发电机 1．原理：闭合导体与磁极之间做相对运动，穿过闭合导体的______发生变化。 2．构造：主要有线圈(电枢)和____两部分。 3．分类： 两种类型 转子 定子 特点 旋转电枢式 电枢 ____ 电压低，功率小 旋转磁极式 磁极 ____ 电压高，功率大 4.转子与定子：____的部分叫转子，____不动的部分叫定子。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误。 (1)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。(　　) (2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。(　　) (3)交流电源没有正负极之分。(　　) (4)交流电是指按正弦规律变化的电流。(　　) (5)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交变电流是正弦式交变电流。(　　) (6)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。(　　) 【答案】　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)× 2.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，线圈绕垂直磁场方向的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，该线圈产生的感应电动势的峰值为__________，感应电流的峰值为________，若从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为______________。 【答案】　6.28 V　6.28 A e＝6.28 sin 10πt(V) 一、交变电流与直流 1．交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 2．常见的交变电流的波形图 实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示。 3．直流 方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 　(多选)如图所示的图像中属于交变电流的是(　　) eq \o(\s\up7(),\s\do5(A.)) eq \o(\s\up7(),\s\do5(B.)) eq \o(\s\up7(),\s\do5(C.)) eq \o(\s\up7(),\s\do5(D.)) 【解析】　选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流电。 【答案】　ABC 二、交变电流的产生 (1)如图，此位置是什么位置，磁通量是最大还是最小？是否有感应电动势？ (2)如图，此位置是什么位置，磁通量最大还是最小？是否有感应电动势？ 【答案】　(1)中性面，磁通量最大，无感应电动势。 (2)与中性面垂直的位置，磁通量为零，感应电动势最大。 1．产生条件 (1)匀强磁场。 (2)线圈匀速转动。 (3)线圈的转轴垂直于磁场方向。 2．中性面 (1)中性面——线圈平面与磁感线垂直的位置。 (2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈磁通量Φ最大，但eq \f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0。 (3)线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。 3．两个特殊位置 中性面 中性面的垂直位置 图示 位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 磁通量 最大 零 磁通量的变化率 零 最大 感应电动势 零 最大 感应电流 零 最大 电流方向改变情况 改变 不变 　如图所示，线圈按下列方式在匀强磁场中匀速转动，能产生正弦交变电流的是(　　) eq \o(\s\up7(),\s\do5(A)) eq \o(\s\up7(),\s\do5(B)) eq \o(\s\up7(),\s\do5(C)) eq \o(\s\up7(),\s\do5(D)) 【解析】　A图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项A错误；B图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项B错误；C图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，会产生正弦交流电，选项C正确；D图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项D错误。 【答案】　C 　一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 B．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大 D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 【解析】　t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，线圈中感应电流方向改变，A正确B错误；t2、t4时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，线圈中感应电流方向没有改变，C、D错误。 【答案】　A 核心素养·思维升华 根据Φ­t图像判断线圈上e、i、eq \f(ΔΦ,Δt)变化的方法： 方法一：由Φ­t图像，构建线圈位置，结合中性面及其垂直位置的特点来判断； 方法二：利用Φ­t图像的斜率，其斜率代表eq \f(ΔΦ,Δt)，由法拉第电磁感应定律，可知e变化，由闭合电路的欧姆定律，进而得知i变化。 三、正弦式交变电流的变化规律 如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动。 (1)导体切割磁感线产生的感应电动势与什么因素有关？ (2)多匝线圈不垂直切割磁感线产生的感应电动势如何表达？ 【答案】　(1)感应电动势与线圈的匝数N、磁感应强度B、线圈的面积S和线圈平面与中性面的夹角有关。 (2)E＝NBSωsin ωt。 1．正弦式交变电流的产生： 如图所示是线圈ABCD在匀强磁场中绕轴OO′转动时的截面图。线圈从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t转过的角度是ωt。设AB边长为L1，BC边长为L2，磁感应强度为B，AB边和CD边转动时切割磁感线产生感应电动势。 (1)在图甲中，v∥B，eAB＝eCD＝0，e＝0. (2)在图丙中，eAB＝BL1v＝BL1eq \f(ωL2,2)＝eq \f(1,2)BL1L2ω＝eq \f(1,2)BSω 同理eCD＝eq \f(1,2)BSω，所以e＝eAB＋eCD＝BSω (3)在图乙中，eAB＝BL1vsinωt＝eq \f(1,2)BL1L2ωsinωt＝eq \f(1,2)BSωsinωt 同理eCD＝eq \f(1,2)BSωsinωt 所以e＝eAB＋eCD＝BSωsinωt。 (4)若线圈有n匝，则e＝nBSωsinωt。 2．交变电流电动势的峰值： (1)公式：Em＝NBSω。 (2)大小特点：交变电动势最大值由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S共同决定，与线圈的形状及转轴的位置无关。如图所示的几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。 3．确定交变电流瞬时值表达式的基本思路： (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 如：①线圈从中性面位置开始转动，则i­t图像为正弦函数图像，函数式为i＝Imsin ωt。 ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i­t图像为余弦函数图像，函数式为i＝Imcos ωt。 　如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝eq \f( \r(2),π) T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100 匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω。求： (1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值。 (2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始感应电动势的瞬时值表达式。 (3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值。 (4)线圈从开始计时经eq \f(1,6)s时线圈中的感应电流的瞬时值。 (5)外电路R两端电压的瞬时值表达式。 【解析】　(1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为Em，则Em＝nBL2ω＝100×eq \f(\r(2),π)×0.12×2π V＝2eq \r(2) V。 (2)从题图所示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcos ωt＝2eq \r(2)cos 2πt(V)。 (3)从题图所示位置转过30°角时感应电动势的瞬时值e′＝2eq \r(2)cos 30° V＝eq \r(6) V，则电路中电流的瞬时值为i＝eq \f(e′,R＋r)＝eq \f(\r(6),5) A。 (4)t＝eq \f(1,6) s时， e″＝Emcos ωt＝2eq \r(2)cos eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2π×\f(1,6)))＝eq \r(2) V， 对应的电流的瞬时值i′＝eq \f(e″,R＋r)＝eq \f(\r(2),5) A (5)由欧姆定律， 得uR＝eq \f(e,R＋r)R＝eq \f(8\r(2),5)cos 2πt(V)。 【答案】　(1)2eq \r(2) V　(2)e＝2eq \r(2)cos 2πt(V) (3)eq \f(\r(6),5) A　(4)eq \f(\r(2),5) A　(5)uR＝eq \f(8\r(2),5)cos 2πt(V) 核心素养·思维升华 确定正弦式交变电流电动势瞬时值表达式的基本方法 1．确定线圈转动从哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化。 2．确定线圈转动的角速度。 3．确定感应电动势的峰值Em＝NωBS。 4．写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt。 四、交变电流的图像 1．对交变电流图像的认识 如图所示，正弦交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线。 2．交变电流图像的应用 从图像中可以解读到以下信息： (1)交变电流的最大值Im、Em、Um、周期T。 (2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。 (3)找出线圈平行于磁感线的时刻。 (4)判断线圈中磁通量的变化情况。 (5)分析判断e、i、u随时间的变化规律。 　一个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甲所示，则下列说法中正确的是(　　) A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率达到最大 C．t＝0.02 s时刻，电动势的瞬时值达到最大 D．该线圈产生的相应感应电动势的图像如图乙所示 【解析】　由题图甲知，当t＝0时，Φ最大，说明线圈平面与中性面重合，故选项A错误；当t＝0.01 s时，Φ最小，为零，Φ­t图像的斜率最大，即Φ的变化率eq \f(ΔΦ,Δt)最大，故选项B正确；当t＝0.02 s时，Φ最大，此时电动势的瞬时值为零，故选项C错误；由以上分析可知，选项D错误。 【答案】　B ◆针对训练　一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图所示，则(　　) A．交流电的频率是4π Hz B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大 C．当t＝π s时，e有最大值 D．t＝eq \f(3,2)π s时，e＝－10 V最小，磁通量变化率最小 【解析】　从题图像可知交流电的周期为2π s，频率为eq \f(1,2π) Hz，t＝π s时，e＝0最小，A、C错误；t＝0时，e最小，Φ最大，B正确；t＝eq \f(3,2)π s时，e＝－10 V，e最大，eq \f(ΔΦ,Δt)最大，“一”表示方向，D错误。 【答案】　B 1．(多选)下列图中线圈能产生交变电流的是(　　) 【解析】　由交变电流的产生条件可知，轴不能平行于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特殊要求，故B、C、D正确。 【答案】　BCD 2．如图所示，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴做匀速转动，经过中性面时，以下说法错误的是(　　) A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．线圈中感应电流的方向将要发生改变 C．通过线圈平面的磁通量最大 D．通过线圈的感应电流最大 【解析】　中性面，就是磁场方向与线圈平面垂直的位置，故A正确。经过中性面时，电流减为零，经过中性面电流方向将发生改变，故B正确。经过中性面时，磁场垂直于线圈平面，此时磁通量最大，故C正确。经过中性面时，线圈平面与磁场方向垂直，不切割磁感线，不产生感应电动势，感应电流为零，D错误。 【答案】　D 3.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．图像是从线圈平面位于中性面开始计时的 B．t2时刻穿过线圈的磁通量为零 C．t2时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零 D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量的方向也变化 【解析】　题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A错误；t2时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，穿过线圈的磁通量为零，选项B正确，C错误；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，穿过线圈的磁通量最大，但方向并不变化，选项D错误。 【答案】　B 4.有一10匝的正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/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0.5 T。 (1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、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？ 【解析】　(1)交变电流电动势最大值为Em＝NBSω＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V，电流最大值为Im＝eq \f(Em,R)＝eq \f(6.28,1) A＝6.28 A。 (2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势e＝Emsin 60°≈5.44 V。 【答案】　(1)6.28 V　6.28 A　(2)5.44 V $$