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

第三章 交变电流 第一节 认识交变电流 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。 03 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。 01 通过实验观察交变电流的方向。 04 了解交流发电机的构造及工作原理。 02 重点 无论是工作、娱乐还是学习都离不开电 我们学过哪些与电相关的知识？ 情境导入 1.楞次定律 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 I A S N v I I A S N v I v I I 知识回顾 闭合回路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 (1)内容： 公式： (2)设导体切割磁感线时产生的感应电动势的大小与 磁感应强度B、 导线长度L、运动速度v以及运动方 向与磁感线方向夹角θ的正弦值sinθ成正比。 公式：E＝BLvsinθ 2.法拉第电磁感应定律 E 知识回顾 01 观察交变电流的图像 电池供给的电压的波形 学生电源交流挡供给的电压的波形 用示波器观察电压的波形 观察与思考 1.交变电流： 强弱和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流， 简称交流。 大小方向周期性变化 2.直流：方向不随时间改变的电流称为直流。 方向不变 观察交变电流的图像 核心知识 3.恒定电流：强弱和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 4.交变电流的波形图：电流或电压随时间变化的图像。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。 正弦交流电 示波器中的锯齿波扫描电压 电子计算机中的矩形脉冲 激光通信中的 尖脉冲 核心知识 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) 电流方向是否改变 大小方向周期性变化 方向不变 你知道交变电流是如何产生的吗？ 讨论与交流 交变电流 的产生 1.交流发电机的基本构造 ① 磁极(产生匀强磁场) ② 线圈(产生感应电动势的线圈) 转子 定子 ③ K、L—圆环 ④ A、 B—电刷 ｝ 使线圈在转动时保 持与外电路的连接 观察与思考 从图示位置开始计时，逆时针转动线圈，取线圈在匀强磁场里匀速转动一周过程中几个特殊位置(如图甲、乙、丙、丁、戊所示) (1)画出上图线圈的正视图。 2.交流发电机的基本原理 甲 乙 丙 丁 戊 甲 乙 丙 丁 戊 (2)线圈在转动过程中，ab棒、cd棒切割磁感线，根据右手定则或楞次定律判断产生的感应电流的方向。 a→b→c→d 电流方向 a→b→c→d d→c→b→a d→c→b→a 甲 乙 丙 丁 戊 (3)分析线圈至哪个位置时电流方向发生改变? a→b→c→d 电流方向 a→b→c→d d→c→b→a d→c→b→a 甲 乙 丙 丁 戊 (4)线圈处于甲(戊)、丙位置时线圈平面与磁感线垂直，ab、cd边速度方向与磁感线平行，此时感应电动势和感应电流有最小值 。 甲 丙 戊 线圈处于乙、丁位置时线圈平面与磁感线平行，ab、cd都垂直切割磁感线，此时感应电动势和感应电流有最大值 。 乙 丁 1.交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直。 转轴 与磁场方向垂直 要点归纳 2.两个特殊位置 (1)中性面位置(S⊥B，如图中的甲、丙、戊) 此时Φ最大，为0，e为0 ，i为0； 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 甲 丙 戊 (2)垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁) 此时Φ为0 ，最大，e最大，i最大 丁 乙 1.(多选)图中闭合矩形金属线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是 √ √ 例题 矩形线圈在匀强磁场内绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中就会产生正弦式交变电流，选项A中虽然只有一半金属线圈在磁场中，但在线圈绕固定轴转动的过程中，始终有一边切割磁感线，保证线圈在转动过程中产生的感应电动势连续，能产生正弦式交变电流，故A正确； 选项B中固定轴与磁场方向平行，线圈转动过程中，磁通量不变，无感应电流产生，故B错误； 选项C中线圈转动过程中，每个周期内只有半个周期内有感应电流，不能产生正弦式交变电流，故C错误； 选项D中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流，故D正确。 03 用公式描述交变电流 B v c(d) b(a) t=0 θ 线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t。设ab边长为L1，bc边长L2 ，匀强磁场磁感应强度为B，则 B v c(d) b(a) t=0 θ v v// v⊥ 中性面 θ 线圈转过的角度是多少？ ab边的速度多大？ ab边切割磁感线的有效速度多大？ ab边中的感应电动势多大？ 整个线圈中的感应电动势多大？ ⑥ 若线圈有n匝，则整个线圈的感应电动势多大？ θ=ωt v=ω v⊥=ωsinωt eab=Bωsinθ S= eab=Bωsinωt e总=eab+ecd =Bωsinωt e=nBωsinωt 1.正弦式交变电流： 按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流，简称正弦式电流。 2.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式 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 = Emsinωt e = nBSωsinωt 匝数 面积 要点归纳 若从与中性面垂直的位置开始计时e＝Emcos ωt 电动势峰值Em＝nωBS 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。 2.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式 令 Em = nBSω 则 e = Emsinωt 要点归纳 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。 Em＝nωBS 要点归纳 3.正弦式交变电流和电压 若外电路为纯电阻R，线圈内阻为r 根据闭合电路欧姆定律 i＝ Emsinωt 电压表达式 u＝Umsin ωt Um＝R 电路中电流表达式 i＝Imsin ωt 要点归纳 2.(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 √ √ 例题 题图中线圈处于中性面位置，当磁极再转过90°时，此时穿过线圈的磁通量为0，磁通量变化率最大，感应电动势最大，故可知电流最大；磁极转过90°时，相当于PQ逆时针转90°向下运动，由右手定则知，此时感应电流方向由Q指向P。故选B、D。 3.(来自教材改编)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。 答案　e＝50sin 10πt(V) (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； (2)在图中画出线圈中感应电动势随时间变化的图像。 (3)求线圈转过 s时，线圈中感应电动势的瞬时值。 (4)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值。 答案　 (3) 25 V　 (4) 2.5 A (1)若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)。 (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。 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。 4.写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt。 总结提升 4.(2025·广州市铁一中学月考改编)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转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，下列说法中正确的是 A.每当e转换方向时，通过线圈的磁通量变化率刚好为零 B.t1时刻通过线圈的磁通量最小 C.t2时刻通过线圈的磁通量最大 D.t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 √ 例题 每当e转换方向时，e＝0，根据e＝n，则通过线圈的磁通量变化率刚好为零，选项A正确； t1时刻，e＝0，线圈平面与磁场方向垂直，通过线圈的磁通量最大，B错误； t2时刻，感应电动势最大，则线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量为0，C错误； t3时刻，e＝0，根据e＝n，通过线圈的磁通量变化率为0，D错误。 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。 (3)e、i大小和方向随时间的变化规律。 总结提升 (2025·广州二中月考)某线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过它的磁通量随时间的变化规律如图所示，那么在图中 A.t1时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大 B.t2时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零 C.t3时刻，线圈中的感应电动势达最大值 D.t4时刻，线圈中的感应电动势达最大值 √ 针对训练 t1时刻，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，t2时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故A、B错误； t3时刻，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，则感应电动势为零，故C错误； t4时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，则感应电动势最大，故D正确。 04 交流发电机 分类 转子 定子 旋转电枢式发电机 电枢 磁极 旋转磁极式发电机 磁极 电枢 1.主要构造 线圈—电枢 磁体 2.交流发电机的分类 a b d c N S 核心知识 注意：电动机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把电能转化为机械能。 3.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。 交变电流：强弱和方向随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称交流。 交变 电流 规律 产生 交流 发电机 中性面：垂直于磁场方向的平面B⊥S B v c(d) b(a) t=0 θ v v// v⊥ θ 课堂小结 本 课 结 束 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $