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

第三章 交变电流 第1节 交变电流 情境与思考 示波器 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？ 电压的波形图 直流电(DC)：方向不变 恒定电流：大小、方向都不变 交流电(AC)：大小、方向随时间做周期性变化 直流电(DC)：方向不变的电流 恒定电流：大小、方向都不变的电流 交流电(AC)： 大小、方向随时间做周期性变化的电流 例1. 下列表示交变电流的有( ) i t A O i t C O i D O t t E O u t B O u CE 小灯泡 实验：观察交变电流的方向 把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端，转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。 现象： 发电机产生的交流电电流方向不断变化 两个二极管交替发光 思考：为什么发电机可以产生交流电呢？ 说明： 7 发电机简化模型 磁极 电枢(线圈) 滑环 电刷 旋转电枢式发电机 定子 转子 旋转磁极式发电机 8 交变电流的产生 A B C D A(B) D(C) 思考：当线圈在磁场中绕轴转动时，哪些边切割磁感线？ 9 交变电流的产生 A(B) D(C) A(B) D(C) A(B) D(C) A(B) D(C) I = 0 I方向： I = 0 I方向： A-D-C-B A-B-C-D I大小： 最大 I大小： 最大 甲 乙 丙 丁 10 i t O 甲 乙 丙 丁 甲 Imax -Imax 交变电流的产生 A(B) D(C) A(B) D(C) A(B) D(C) A(B) D(C) I = 0 I方向： I = 0 I方向： A-D-C-B A-B-C-D I大小： 最大 I大小： 最大 甲 乙 丙 丁 . . . . . 特点：① B∥ S，Φ ，Φmin = 交变电流的产生 A(B) D(C) A(B) D(C) I = 0 I最大 特点：① B⊥S，Φ ，Φmax = 中性面 ②v∥ B，I = ，E = 与中性面垂直的面（峰值面） BS ③每经过一次，电流方向 最大 0 0 改变一次 ② v⊥B ，I ，E 0 最小 最大 最大 12 i t O 甲 乙 丙 丁 甲 Imax -Imax . . . . . A(B) D(C) A(B) D(C) A(B) D(C) A(B) D(C) I = 0 I = 0 甲 乙 丙 丁 思考：电流大小如何变化？ I方向： I方向： A-D-C-B A-B-C-D I大小： 最大 I大小： 最大 交变电流的变化规律 在磁感应强度为B的匀强磁场中，矩形线圈AB边长为l，BC边长为d，逆时针绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为ω，从中性面开始计时，经时间t，线圈中的感应电动势是多少？ ①线圈与中性面的夹角是多少？ ②AB边的速度是多少？ ③AB边产生的感应电动势多大？ ④线圈中感应电动势多大？ 若线圈的匝数为N匝呢？ θ = ωt A(B) D(C) θ θ 交变电流的变化规律 ①当sinωt = 1时， 1. 正弦交变电流（从中性面开始）： Em = NBSω ②电路中的负载为纯电阻电路时，流过负载的电流为： i = Imsinωt 电压为： u = Umsinωt 思考：磁通量如何变化？ sinωt sinωt r 15 A(B) D(C) θ 交变电流的变化规律 在磁感应强度为B的匀强磁场中，矩形线圈AB边长为l，BC边长为d，逆时针绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度为ω，从中性面的垂直面（峰值面）开始计时，经时间t，线圈中的感应电动势是多少？ ①线圈与峰值面的夹角是多少？ ②AB边的速度是多少？ ③AB边产生的感应电动势多大？ ④线圈中感应电动势多大？ 若线圈的匝数为N匝呢？ θ = ωt θ 交变电流的变化规律 ①当sinωt = 1时， 1. 正弦交变电流（从中性面开始）： Em = NBSω ②电路中的负载为纯电阻电路时，流过负载的电流为： i = Imsinωt 电压为： u = Umsinωt sinωt sinωt 2. 余弦交变电流（从中性面的垂直面开始）： ①当cosωt = 1时， Em = NBSω ②电路中的负载为纯电阻电路时，流过负载的电流为： i = Imcosωt 电压为： u = Umcosωt cosωt cosωt e t O em r 发电机简化模型 磁极 电枢(线圈) 滑环 电刷 思考：两种滑环的连接方式有什么不同？ 输出为交流电 输出为大小变化的直流电 1. 正弦交变电流（从中性面开始） 2. 余弦交变电流（从中性面的垂直面开始） 例1. 判断正误： （1）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流 （2）当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大 （3）当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流 （4）按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流 × × √ √ ① B∥ S，Φ最小，Φmin = 0 ① B⊥S，Φ最大，Φmax = BS ② v∥ B， ， I = 0 E = 0 ② v⊥B ，I 最大，E 最大 ④ ③ ③ 每经过一次，电流方向改变一次 例2. 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时刻通过线圈的磁通量变化率最大 B. t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 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 B 1. 正弦交变电流（从中性面开始） 2. 余弦交变电流（从中性面的垂直面开始） ① B∥ S，Φ最小，Φmin = 0 ① B⊥S，Φ最大，Φmax = BS ② v∥ B， ， I = 0 E = 0 ② v⊥B ，I 最大，E 最大 ④ ③ ③ 每经过一次，电流方向改变一次 例3. 如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在这段时间内( ) A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量先增大后减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率先减小后增大 B 1. 正弦交变电流（从中性面开始） 2. 余弦交变电流（从中性面的垂直面开始） ① B∥ S，Φ最小，Φmin = 0 ① B⊥S，Φ最大，Φmax = BS ② v∥ B， ， I = 0 E = 0 ② v⊥B ，I 最大，E 最大 ④ ③ ③ 每经过一次，电流方向改变一次 例4. 如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是( ) A．线圈每转动一周，指针左右各摆动两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 C 1. 正弦交变电流（从中性面开始） 2. 余弦交变电流（从中性面的垂直面开始） ① B∥ S，Φ最小，Φmin = 0 ① B⊥S，Φ最大，Φmax = BS ② v∥ B， ， I = 0 E = 0 ② v⊥B ，I 最大，E 最大 ④ ③ ③ 每经过一次，电流方向改变一次 例4. 如图所示，发电机转子是100匝，边长为20cm的正方形线圈，将它置于B=0.05T的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以ω=100π rad/s的角速度转动，转动开始时线圈平面与磁场方向垂直，已知线圈的电阻为2Ω，外电路的电阻为8Ω，试求： （1）线圈中交变电流的瞬时表达式和发电机输出端电压的瞬时值表达式； （2）画出外电阻两端电压的图象。 （1）i = 2πsin100πt A； u = iR = 16πsin100πt V 1. 正弦交变电流（从中性面开始） 2. 余弦交变电流（从中性面的垂直面开始） ① B∥ S，Φ最小，Φmin = 0 ① B⊥S，Φ最大，Φmax = BS ② v∥ B， ， I = 0 E = 0 ② v⊥B ，I 最大，E 最大 ④ ③ ③ 每经过一次，电流方向改变一次 同学们，下课！ Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $