3.1 交变电流 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版选修第二册

第三章 交变电流 3.1 交变电流 高中物理-人教版 高中物理(人教版2019)选择性必修第二册 1 学习目标 物理观念：知道交变电流、直流的定义，认识线圈在匀强磁场中转动产生正弦式交变电流，能区分交变电流与恒定电流； 科学思维：能结合线圈转动的示意图，分析感应电流方向、大小的周期性变化，建立交变电流产生的物理模型； 科学探究：观察发电机模型实验，记录线圈转动过程中电流的变化现象，体会交变电流的产生条件； 科学态度与责任：了解发电机在生产生活中的应用，感受电磁感应对电能利用的价值； 目录 01 交变电流 02 交变电流的产生 03 交变电流的变化规律 04 交流发电机 新课引入 问题：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？ 交变电流 交流：大小和方向随时间做周期性变化的电流。 直流：方向不随时间变化的电流称为直流。 恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流。 图像特点：①恒定电流的图像是一条与时间轴平行的直线。 ②交变电流的图像随时间做周期性变化。 【配套试卷】如图所示，属于交变电流的是（ ） C 当堂检测 交变电流的产生 演示：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。实验现象说明了什么？ 交变电流的产生 中性面B⊥S Φ 最大，Φmax=BS E = = 0（V // B）不切割磁感线 注意：每当线圈经过中性面一次，感应电流方向就改变一次。 交变电流的产生 注意：线圈经过此位置，感应电流方向不发生改变。 垂直中性面：B∥S Φ 最小，Φmin= 0 E = （V⊥ B）速度方向与磁场垂直 交变电流的产生 位置 甲 乙 丙 丁 甲 B与S的位置关系 垂直 平行 垂直 平行 垂直 磁通 最大 最小 最大 最小 最大 感应电动势E 0 最大 0 最大 0 线圈中电流I方向 无 B→A→D→C 无 A→B→C→D 无 交变电流的产生 结论： ①线圈每经过中性面一次，交流电方向改变一次； ②线圈转动一圈，电流方向变化两次。 【优化学案】(多选)下图为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是（ ） A.线圈每转动一周，电流方向改变两次； B.图示位置线圈中无感应电流； C.图示位置ab边中的感应电流方向为a→b； D.图示位置，线圈的磁通量变化率为0； AC 当堂检测 【优化学案】(多选)某交流发电机的线圈在匀强磁场中，以角速度绕轴OO'匀速转动。对于图示位置，下列说法正确的是（ ） A.穿过线圈的磁通量最大； B.线圈中无感应电流； C.产生的感应电动势最大； D.磁通量变化率最大； AB 当堂检测 【优化学案】(多选)矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO'以角速度匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直位置时，下列说法正确的是（ ） A.线圈中的电动势为0； B.线圈中的电动势为NBS； C.穿过线圈的磁通量为0 ； D.线圈不受安培力作用； AD 当堂检测 交变电流的变化规律 矩形线圈AB、CD的长度为L，AD、BC的长度为d ，磁感应强度是B，设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω．经过时间t，求此时的感应电动势。 v// v⊥ AB边的速度多大？ 感应电动势：eAB = BLv AB边切割磁感线的有效速度多大？ AB边切割磁感线的有效速度多大？ = t 交变电流的变化规律 矩形线圈AB、CD的长度为d，AD、BC的长度为L ，磁感应强度是B，设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω经过时间t，求此时的感应电动势。 v// v⊥ AB边中的感应电动势多大？ = BS·sin 整个线圈中的感应电动势多大？ 若为N匝线圈，则感应电动势多大？ BS·sin NBS·sin 从中性面开始计时 瞬时电动势e随时间变化的规律： 负载电压u随时间变化的规律： 电流i随时间变化的规律： 交变电流的变化规律 NBS·sin = Em·sin u = Um·sin i = Im·sin 正弦电流 交流发电机 交流发电机基本组成部分： 电枢：产生感应电动势的线圈； 磁体：产生磁场的磁体。 交流发电机的种类 旋转电枢式发电机原理图 旋转磁极式发电机原理图 【优化学案】如图所示，矩形线圈的长LAB=20cm、宽LBC=10cm，匝数N=100，磁场的磁感应强度B=0.01T。当线圈以n=50r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时。 (1)求线圈中感应电动势的瞬时值表达式。 (2)求从线圈开始转动起，经0.01s时感应电动势的瞬时值大小。 当堂检测 【优化学案】线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流的图像如图所示，由图可知（ ） A.在A和C时刻线圈处于中性面位置； B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为0； C.从A时刻到D时刻线圈转过π弧度； D.在A和C时刻磁通量的变化率最大； D 当堂检测 【优化学案】交流发电机在工作时产生电动势为e = E0sint的正弦式电流，若将其线圈的转速提高1倍，其他条件不变，则其产生的电动势变为（ ） A. B. C. D. D 当堂检测 【课后练习】如图，设磁感应强度为0.01T，单匝线圈长AB为20cm，宽BC为10cm，转速n=50r/s，求线圈转动时感应电动势的最大值。 当堂检测 【课后练习】一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值Em=400V，线圈匀速转动的角速度=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式（设0时刻电动势瞬时值为0）。如果这台发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2kΩ，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。 当堂检测 $