交变电流高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

交变电流

公路旁、旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去……这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？这一章我们就来学习与此相关的内容。家庭用电使用220V交流电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？这两种波形各有什么特点？1、直流电(directcurrent，DC):电流方向不随时间而改变一、直流电电流大小、方向都不变的是恒定电流1、交变电流（alternatingcurrent，AC）：

电压、电流大小和方向随时间做周期性变化的电流。二、交变电流：注：交流电可以大小和方向都周期性变；

也可以是大小不变，方向周期性变。2、正弦交流电:

电流的大小和方向都随时间按正弦函数规律变化的交变电流。ti0（正弦交流电是一种最简单、最基本的交流电)

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。说明：发电机产生的电流方向在不断变化，是交流电。现象：两个二极管会交替发光思考：手摇发电机匀速转动时产生的电流可以看成是正弦交流电，它是如何产生的？三、正弦交流电的产生1、发电机的结构线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上；电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。KDCABNS磁极线圈磁极滑环电刷OO，FEL假定线圈在匀强磁场中绕轴OO′沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？只有AB和CD边在做切割磁感线的运动。而BC和AD边总是沿磁场方向运动。ABCDv问题:此图线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线?v∥B，没有边切割磁感线。（1）起始位置特点：1、B⊥S，φ最大

2、没有切割，E=0，I=0

此时位置称之为--中性面

B⊥S，φ最大E=0，I=02、交变电流的产生甲A(B)D(C)乙ABCD（2）向左转过90度a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，

E最大，I最大2.感应电流方向DCBAB∥S，φ=0ABCDD(C)A(B)B（3）转过180度v∥B，没有边切割磁感线。特点：B⊥S，φ最大没有切割，E=0，I=0此时位置称之为--中性面B⊥S，φ最大，E=0B⊥S，φ最大丙ABCDD(C)A(B)B（4）转过270度特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线E最大，I最大2.感应电流方向ABCDB∥S，φ=0丁E=0、I=0ו电流：B→A→D→C→BוI电流：C→D→A→B→CI电流方向具有周期性变化的特点，是交流电。中性面的特点1.线圈平面与磁场垂直(B⊥S)，速度方向与磁场方向平行(B//v)2.磁通量:3.感应电动势:5.感应电流:4.磁通量的变化率:Φ=BS最大E=0∆Φ/∆t=0I=03、中性面垂直中性面的特点1.线圈平面与磁场平行(B//S)，速度方向与磁场方向垂直(B⊥v)2.磁通量:

3.感应电动势:5.感应电流:4.磁通量的变化率:Φ=0E=BLv最大∆Φ/∆t最大I最大特别提醒：线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。

线圈处在磁感应强度是B

的匀强磁场中，AB、CD宽l，AD、BC长d

，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势.BvA(B)D(C)t=0θ1.线圈与中性面的夹角是多少？2.AB边的速度多大？3.AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？θ4.AB边中的感应电动势多大？5.线圈中的感应电动势多大？BvA(B)D(C)t=0θθAB、CD等效为两个串联的电源v11v⊥感应电动势的最大值为S为线框的面积，N为线圈的匝数线框的的电动势的变化规律为（从中性面开始计时）按正弦规律变化思考：如果从中性面的垂面开始计时，经时间t，线圈中的感应电动势又

会是多少呢？

线圈与中性面垂面的夹角是多少？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？线圈中的感应电动势多大？⑥若为N匝线圈，则感应电动势多大？

按余弦规律变化1、从中性面开始计时：四、正弦交变电流的变化规律（2）经过中性面垂面时电动势最大（1）电动势按正弦规律变化（3）电流按正弦规律变化

（4）图像

按余弦规律变化想一想：磁通量是按什么规律变化的？2、从中性面的垂面开始计时：（2）经过中性面垂面时电动势最大（1）电动势按余弦规律变化（3）电流按余弦规律变化（4）图像

磁通量按正弦规律变化3、正弦式交流电：电流大小随时间按正弦（或余弦）规律变化的交流电。按正弦（或余弦）规律变化仅仅只是计时起点的选择不同，并没有本质区别，因此统一叫作正弦式交流电。1、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2、交流发电机的种类基本类型特点转子定子旋转电枢式旋转磁极式磁极转动，电枢不动电枢转动，磁极不动线圈磁极磁极线圈五、发电机与电动机中的能量转化（一）发电机3、能量转化：把机械能转化为电能4、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。（二）电动机1、能量转化:将电能转化为机械能2、优点:高效易控、清洁无污染等。巩固提升1、(多选)下图所示图像中属于交变电流的有(

)答案:ABC解析:根据交变电流的定义分析,是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化,而不是看大小。此题根据图像判断是否属于交变电流,意在提高学生的辨析能力,培养物理观念核心素养。2、对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列描述正确的是（）A．电流的大小变化，方向不变，不是交变电流 B．电流的大小不变，方向变化，是交变电流C．电流的大小和方向都变化，是交变电流 D．电流的大小和方向都不变，是直流电A3、一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法错误的是（）A．线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大B．线圈