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

3.1 交变电流 第三章 交变电流 你知道下图中仿佛由天际而来，向天际而去的输电线始于哪里，最终又输送到哪里吗？ 始于：发电厂、变电站 输送到：乡村、工厂... ... 你知道发电厂发电机利用什么原理发出来的电？它具有哪些特点？ 导入新知 3、知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式（重点） 2、会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式。 1、通过实验观察交变电流的方向。 4、了解交流发电机的构造及工作原理。 素养目标 观察：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？ 一、交变电流 1.交变电流 2.直流 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。 方向不随时间变化的电流称为直流。大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 一、交变电流 3.几种常见的交变电流的种类 一、交变电流 下列属于交变电流的是　　　　　；属于直流的是　　　 　。 交变电流与直流的本质区别是　　　　　　　　　　　　　。  (1)(2)(6) (3)(4)(5) 电流方向是否随时间变化 例题精选 观察交变电流的产生 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式交变电流。 观察交变电流的方向 现象： 发电机产生的交流电电流方向在不断变化。 两个二极管交替发光 说明： 二、交变电流的产生 (1).在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？ AB边和CD边切割磁感线 分析交流电的产生过程 二、交变电流的产生 分析交流电的产生过程 甲 (1)如图甲：线圈平面 于磁感线，AB、CD边的速度方向与磁线 ，线圈 感应电动势； 垂直 平行 不产生 二、交变电流的产生 乙 (2)如图乙：线圈由图甲位置逆时针转过90°至图乙位置时，线圈平面与磁感线 ， AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势 ，线圈中的感应电流也 ， 感应电流方为 ； 平行 最大 最大 D→C→B→A 分析交流电的产生过程 二、交变电流的产生 (3)如图丙：线圈由图乙位置再逆时针转过90°至图丙位置时，线圈平面又 于磁感线，线圈 感应电动势； 垂直 不产生 分析交流电的产生过程 二、交变电流的产生 (4)如图丁：线圈由图丙位置再逆时针转过90°至图丁位置时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过图乙位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在图乙位置时相反，感应电流方向为 。 A→B→C→D 分析交流电的产生过程 二、交变电流的产生 2.中性面：与磁场方向垂直的平面(S⊥B，如图甲、丙) 交变电流的产生 1.交流发电机的线圈在匀强磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直。 甲 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次。 此时Φ最大，为0，e为0，i为0； 二、交变电流的产生 3.垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁) 交变电流的产生 此时Φ为0，最大，e最大，i最大。 乙 二、交变电流的产生 1.(多选)(2024·新课标卷)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中( ) A.电流最小 B.电流最大 C.电流方向由P指向Q D.电流方向由Q指向P AD 二、交变电流的产生 猜想 规定一个正方向，画出线圈在甲乙丙丁四个不同位置时对应电流的大小，大致画出电流的变化图像，看看图像的形状，猜测一下可能是什么的函数图像？ 甲 乙 丙 丁 正弦函数 三、交变电流的变化规律 如图，矩形线圈平面绕bc边、ad边的中点从中性面开始转动，角速度为ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，匀强磁场的磁感应强度为B，则： (1)ab边产生的感应电动势为多大？ eab＝BL1vsin ωt＝BL1sin ωt ＝BL1L2ωsin ωt＝BSωsin ωt 验证 三、交变电流的变化规律 如图，矩形线圈平面绕bc边、ad边的中点从中性面开始转动，角速度为ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，匀强磁场的磁感应强度为B，则： (2)整个线圈中的感应电动势为多大？ 整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab＝ecd， 所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt 验证 三、交变电流的变化规律 如图，矩形线圈平面绕bc边、ad边的中点从中性面开始转动，角速度为ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，匀强磁场的磁感应强度为B，则： (3)若线圈有N匝，整个线圈感应电动势为多大？ 若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsin ωt 验证 三、交变电流的变化规律 3.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式 交变电流的变化规律 按正弦规律变化的交变电流 (3)闭合线圈匀速转动 1.正弦式交变电流： (1)匀强磁场 (2)闭合线圈的转轴垂直于磁场方向 2.正弦式交变电流的产生条件： e＝Emsin ωt，其中Em＝NBSω为交变电流的峰值  三、交变电流的变化规律 说明 （1）、从中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcos ωt （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。 （3）、发电机转子的转速通常用n表示，单位是“转每秒”，符号是“r/s”，转速与角速度的关系ω＝2πn。 三、交变电流的变化规律 电流表达式： 4.正弦式交变电流和电压 5.正弦式交变电流的图像(从中性面开始计时)。 i＝Imsin ωt 电压表达式： u＝Umsin ωt 其中Im＝，Um＝R 三、交变电流的变化规律 C.图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线 　圈abcd，铁芯绕轴线以角速度ω转动 D.图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中 　心轴OO'转动 2.以下四种情景中产生正弦式交变电流的是（ ） A.图甲中矩形线圈绕与匀强磁场方向垂直的中心轴OO'沿顺时针方向转动 B.图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈按图示方向绕轴线OO'匀速转动 B 例题精选 3.(来自粤教教材改编)如图所示，面积为0.05 m2、总电阻为1 Ω、共100匝的矩形线圈abcd处于磁感应强度B为 T的匀强磁场中，其外接阻值R＝9 Ω的电阻，线圈以10π rad/s的角速度绕OO'匀速旋转。 (1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。 答案　e＝50sin (10πt) V (2)在图中画出线圈中感应电动势随 时间变化的图像。 0.1 0.2 例题精选 (3)求线圈转过 s时，线圈中感应电动势的瞬时值。 答案　 (3) 25 V　 (4) 2.5 A (4)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值。 例题精选 (1)若从线圈处于中性面开始计时，线圈中感应电动势e＝Emsin ωt＝ NBSωsin ωt＝100××0.05×10π×sin (10πt) V＝50sin (10πt) V。 (2)如图所示 (3)线圈转过 s时，线圈中感应电动势的 瞬时值e＝50sin (10π×) V＝50sin V＝25 V。 (4)线圈转过30°角时，线圈中感应电动势的瞬时值e'＝50sin 30° V＝25 V 线圈中感应电流的瞬时值i'＝＝2.5 A。 三、交变电流的变化规律 4.写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt 确定正弦式交变电流的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＝NBSω 例题精选 4.(多选)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.图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的 B.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零 C.t1和t3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，穿过线圈的磁通量最大 ACD 例题精选 (3)e、i大小和方向随时间的变化规律。 如图甲、乙所示，从图像中可以得到以下信息： (1)交变电流的峰值Em、Im。 (2)两个特殊值对应的位置： ①e＝0(或i＝0)时： 线圈位于中性面上，此时＝0，Φ最大。 ②e最大(或i最大)时： 线圈平面平行于磁感线，此时最大，Φ＝0。 例题精选 交流发电机 1.工作原理： 法拉第电磁感应定律 2.主要构造： 电枢和磁体 (1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 (2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。 3.分类： 四、交流发电机 4.发电机的能量转换 发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。 注意： 电动机是利用磁场对电流的作用制成，工作时把电能转化为机械能。 四、交流发电机 交变电流 交变电流的产生 交变电流的变化规律 交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流 e＝Emsin ωt(Em＝NBSω),i＝Imsin ωt ,u＝Umsin ωt 交变电流 直流：方向不随时间变化的电流 原理：法拉第电磁感应定律 中性面：Φ最大，为0，e为0，i为0 垂直中性面：Φ为0，最大，e最大，i最大 交流发电机 工作原理：法拉第电磁感应定律 课堂小结 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $