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

第三章 交流电 教科版选择性必修二 教学课件 第一节 交变电流 目录 CONTANTS 导入与目标 01 新课讲解 02 课堂练习 03 课堂小结 04 导入与目标 第一部分 新课导入 直流电源产生直流电流，交流电源产生交变电流。这两种电流各有什么特点?如何描述交变电流?本节我们将先通过实验认识两种电流的特点，然后学习描述交变电流特征的物理量。 i t O 素养目标 这节课学什么？ 1. 知道交变电流、直流电流的概念。 2.理解交变电流的产生原理，知道中性面的概念。 3.掌握交变电流的变化规律，能用数学表达式和图像描述正弦交变电流的变化规律。 4.理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表示出正弦交变电流的瞬时值、峰值。 新课讲解 第二部分 新课讲解 一、认识交变电流 能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机，称为交流发电机。 新课讲解 o i t 脉动直流电 1.方向随时间发生变化是判断交变电流的标准。 2.直流电流 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 大小不变，方向改变的电流也是交流 i t O 恒定电流 交变电流：方向随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称交（AC）。 i t O i t O 新课讲解 判断下列图像描述的电流是直流还是交流： C D E B A 参考答案：交流：B、D、E；直流：A、C 新课讲解 二、正弦交流电的产生和变化规律 1.模型 交变电流产生： A B C D R 交流发电机示意图 L K E F 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的中心轴匀速转动。 B v A(B) D(C) θ v 转轴：垂直于磁场 新课讲解 2.交变电流产生过程分析 甲 乙 丙 丁 思考与讨论：⑴在矩形线圈转动过程中，哪些边会产生感应电动势？ ⑵在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？ ⑶在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？ ⑷当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？ 新课讲解 B A(B) D(C) A(B) B D(C) B A(B) D(C) B A(B) D(C) v 甲 乙 丙 丁 I=0 I最大 I=0 I最大 ⑴只有AB、CD边产生电动势 ⑵甲→乙：D→C→B→A→D ⑶丙→丁：A→B→C→D→A 新课讲解 （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？ 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) 最大 平行 0 0 新课讲解 3.中性面及其特点 线圈平面与磁感线垂直时的位置，B⊥S （1）中性面 （3）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，两次经过中性面，电流方向改变两次。 新课讲解 （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) 0 垂直 最大 最大 新课讲解 （3）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， （5）线圈转动一圈，交变电流完成一次周期性变化； 感应电动势和感应电流的大小和方向随时间周期性变化。 新课讲解 新课讲解 4.交流电流的变化规律 转过的角度为 线圈ab边或cd边转动的线速度为 ab边中的感应电动势为 cd边中的感应电动势为 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 新课讲解 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 = NBSω 则 e = Em sin ωt 若为N匝线圈 e=BSω sin ωt e = NBSω sin ωt e o Em T/4 T/2 3T/4 T π/2 π 3π/2 2π ωt t - Em 匝数 面积 新课讲解 Em = NBSω 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 新课讲解 从与中性面垂直的位置（峰值面）开始计时： 新课讲解 正弦 余弦 条件 经中性面时开始计时 垂直中性面时开始计时 电动势 e=Emsinωt e=Emcosωt 电流 i=Imsinωt i=Imcosωt 电压 u=Umsinωt u=Umcosωt 新课讲解 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 新课讲解 三、发电机与电动机中的能量转化 2.电动机 (1)定义:将电能转化为机械能的装置。 (2)优点:高效易控、清洁无污染等。 1.发电机 (1)定义:把机械能转化为电能的装置。 (2)发电方式:火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电、核能发电等。 课堂练习 第三部分 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂小结 第四部分 课堂小结 一、交流发电机 三、正弦式交变电流的变化规律 二、正弦式交变电流的产生原理 发电机中转的称为转子，不转的称为定子 线圈处于 中性面 线圈垂直 中性面 感谢观看 Thanks for watching Um=eq \f(REm,R＋r) Im=eq \f(Em,R＋r) 电流表达式i＝Imsin ωt，电压表达式u＝Umsin ωt，其中Im＝，Um＝R。 $