3.1 交变电流 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

第 1 节 交变电流 一、认识交变电流 1.直流电：方向不随时间而变化的电流叫直流电 2.恒定电流：方向和大小都不随时间而变化的电流 3.交变电流：方向随时间做周期性变化的电流 4.正弦交流电：大小和方向都随时间按正弦函数规律变化的交变电流 我国的工业用电和家庭用电都是正弦交流电。 例1、如图所示，其中不表示交流电的是 √ 观察思考 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生了大小和方向都随时间作周期性变化的电流 如何产生正弦式交流电呢？ 1.谁切割磁感线？ 2.产生的感应电动势？ 3.线圈内总的感应电动势？ 4.N匝线圈？ ᶿ ω v 总结：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电动势：e =NBω =NBSωsinωt 中性面：垂直于磁场方向的平面 理论探究 如何产生正弦式交流电呢？ 分析1： 1.电动势是定值吗？ 2.如何变化？ 3.图像？ 理论探究 如何产生正弦式交流电呢？ 分析2：若接入阻值为R的负载，回路中的电流如何变化？电阻两端电压如何变化？ 当正弦式交流电通过电阻R 时，其电流与加在它两端的电压也遵循正弦规律变化。 二、正弦交流电的产生和变化规律 1.产生正弦式交流电的条件：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电。 2. 电动势e瞬时值表达式：e = Emsin ω t，其中Em=NBSω 3.接入电路后，回路中电流与两端的电压也遵循正弦规律变化。 i = Im sin ω t 电流瞬时值 u = Um sin ω t 电压瞬时值 其中Im=，Um=R 二、正弦交流电的产生和变化规律 思考探究1：在线圈转动过程中，磁通量如何变化？请画出Φ- t图，并与e- t图做对比。 ᶿ ω v t时刻磁通量Φ的瞬时值表达式：Φ = Φmcos ω t 其中Φm=BS a(b) d(c) v v t时刻电动势e的瞬时值表达式：e = Emcos ω t a(b) d(c) v v 思考探究2： 1.若线圈从中性面的垂面（平行于磁场）开始转动，产生的感应电动势？并作出e-t图像 2.此时磁通量又如何变化？请画出Φ- t图，并与e- t图做对比。 二、正弦交流电的产生和变化规律 t时刻磁通量Φ的瞬时值表达式：Φ = Φmsin ω t a(b) d(c) v v e = Emsin ω t a(b) d(c) v v e = Emcos ω t 思考探究3： 电动势的变化与磁通量的变化有何关系？ 二、正弦交流电的产生和变化规律 Φ = Φmcos ω t Φ = Φmsin ω t 从中性面开始计时 从中性面的垂面开始计时 本质： 思考探究4：当线圈从（a）→（b）→（c）→（d）→（e）的运动过程中 ，通过电流表的电流大小和方向变化的情况。 二、正弦交流电的产生和变化规律 位置 a：中性面 b：中性面的垂面 c：中性面 d：中性面的垂面 e：中性面 磁通量 电动势 电流方向 二、正弦交流电的产生和变化规律 1.线圈处于中性面时，磁通量Φ最大，磁通变化率最小，电动势为0，电流为零 2.线圈每经过中性面，电流方向改变一次，线圈转动一周，电流方向改变两次 3.线圈处于垂直中性面位置时(S∥B)，Φ为0，磁通变化率最大，e最大，i最大 总结：中性面特点 a(b) d(c) v v 思考1 S a(b) d(c) v v S 思考2 电动势峰值Em=NBSω由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。 如图所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同。 　例2、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交变电流，下列说法正确的是 A.线圈平面经过中性面时，线圈磁通量为零 B.线圈每转动一周，感应电流及感应电动势方向改变一次 C.线圈平面经过中性面时，感应电流为零 D.线圈平面经过中性面时，感应电动势最大 √ 三、发电机与电动机中的能量转化 1、发电机：把机械能转化为电能的装置。 2、电动机：有效地将电能转化成机械能的装置 　例3、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B= 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)开始计时，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1/6 s时线圈中的感应电流的瞬时值。 (5)电阻R两端电压的瞬时值表达式。 　2 V　 　e=2cos 2πt (V) 　 A　 A　 uR=cos 2πt (V) A.根据图乙可知时，线圈的磁通量最大 B.根据图乙可知时，线圈的磁通量变化率最大 C.若仅把甲图中的单匝矩形线圈改为两匝矩形线圈，并从图甲所示位置开始计时，则产生的交流电与图乙所示相同 D.若仅把甲图中的转轴OO1改为转轴ab，并从图甲所示位置开始计时，则产生的交流电与图乙所示不同 √ √ 　例4、(多选)为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时，此时产生的正弦式交流电如图乙所示。已知其周期为T，电流峰值为I0，下面说法正确的是 　例5、一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度ω从如图所示的位置开始，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是 √ 【针对训练】一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的Φ-t图像如图所示。下列说法正确的是 A.t=0时刻线圈在中性面位置，磁通量为零， 磁通量的变化率为零 B.t=0.01 s时线圈产生的感应电动势最大 C.t=0.02 s时线圈磁通量的变化率为零 D.t=0.03 s时线圈中的电流方向发生改变 √ 作业： 1、预习：第2节 2、完成：课后作业 3、阅读：教材发展空间（P61-62） 设时间为t，从图示位置（中性面）开始计时 Φ t Φm -Φm EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $