2024-2025学年人教版高二物理选择性必修二教学课件 第三章 1 交变电流

第三章交变电流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。重点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。4了解交流发电机的构造及工作原理。交变电流在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常被叫作波形图。用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察家用电源供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点?1.交变电流：大小和方向随时间做

变化的电流叫作交变电流，简称

。在电力系统中，从发电到输配电，用的都是交变电流。在无线电电子设备中的各种电信号，大多数也是交变电流信号。周期性交流2.直流：

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。交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流。如学生电源、手机充电器等。电池供给的电流方向不随时间变化，所以属于直流。方向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交变电流的产生观察视频中发光二极管的发光情况。实验现象说明了什么？两个二极管交替发光。说明教学所用发电机产生了交流电。1.交流发电机能产生交变电流。交流发电机最基本的结构是线圈和磁极，如图所示两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场，转轴与磁场方向垂直。线圈绕中心轴匀速转动，线圈的BC、DA边始终在平行于磁感线的平面内转动，不产生感应电动势，只起导线作用。AB、DC边切割磁感线时产生感应电动势，相当于电源。交流发电机的基本构造

线圈平面

磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线

，线圈

感应电动势；线圈逆时针转过90°，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

，感应电流方向为

；平行不产生垂直于平行最大最大D→C→B→A2.交变电流的产生过程分析ABD当线圈再逆时针转过90°时线圈平面又

于磁感线，线圈

感应电动势；当线圈再逆时针转过90°时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为

。垂直不产生A→B→C→DABDCDCA3.两个特殊位置(1)中性面位置(S⊥B，如图中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，

为0，e为0，i为0(均选填“最大”或“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ABD乙ABDC丙DCA丁(2)垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁)线圈平面与磁场平行的位置，此时Φ为0，

最大，e最大，i最大(均选填“最大”或“0”)。线圈经过垂直中性面位置时，电流方向不发生改变。甲ABD乙ABDC丙DCA丁为研究问题方便，常用到正视图。请画出“交变电流的产生过程分析”中甲、乙、丙、丁4个位置的正视图。A(B)D(C)A(B)D(C)A(B)D(C)A(B)D(C)甲ABD乙ABDC丙DCA丁(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。(

)(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。(

)(3)线圈在垂直中性面位置时电流的方向发生改变。(

)(4)从线圈平面与中性面垂直开始计时，在线圈转动2圈的过程中电流方向改变4次。(

)×××√1.(2022·汪清第六中学高二期末)如图所示的线圈匀速转动或做匀速直线运动，能产生交变电流的是√2.(多选)(2023·山东菏泽市高二统考期中)如图所示为交流发电机的示意图，电阻与电流表串联后接在电刷E、F间，线圈ABCD绕垂直于磁场方向的转轴OO′逆时针匀速转动，下列说法正确的是A.线圈经过图示位置时线圈磁通量的变化率为零B.线圈经过图示位置时电流方向沿DCBAC.线圈经过图示位置时电流最大D.线圈每经过图示位置，电流方向就会发生改变√√交变电流的变化规律如图所示，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，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，磁感应强度为B，则：(1)ab边产生的感应电动势为多大？(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＝BSωsinωt。(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？若线圈有N匝，则相当于N个完全相同的电源串联，所以e＝NBSωsinωt。1.正弦式交变电流：矩形线圈在匀强磁场中绕

的轴匀速转动时，产生按

规律变化的电流，叫作正弦式交变电流，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＝

，其中Em＝

为交变电流的峰值。垂直于磁场方向正弦EmsinωtNBSω说明：(1)若从与中性面垂直的位置开始计时e＝Emcosωt。(2)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。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.正弦式交变电流和电压4.正弦式交变电流的图像。(从中性面开始计时)在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如图乙、丙所示。甲家庭电路中的正强式电流丙电子电路中的矩形脉冲乙示波器中的锯齿形扫描电压3.如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小B＝

，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω。求：(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值；(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，感应电动势的瞬时值表达式；(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值；3.如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小B＝

，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω。求：(4)线圈从图示位置开始计时经

时线圈中的感应电流的瞬时值；(5)电阻R两端电压的瞬时值表达式。(1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为Em，(2)从题图所示位置开始计时，(3)从题图所示位置转过30°角时感应电动势的瞬时值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＝NωBS。4.写出瞬时值表达式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt。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√√√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：(3)e、i大小和方向随时间的变化规律。5.(多选)(2023·四川省雅安中学月考)在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按如图所示正弦规律变化，则A.t＝0时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的

感应电动势为零B.t＝1s时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向C.t＝1.5s时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零D.t＝2s时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量的变化率最大√√交流发电机1.主要构造：

和

。2.分类(1)旋转电枢式发电机：

转动，

不动。（如左图）(2)旋转磁极式发电机：

转动，

不动。（如右图）电枢磁体电枢磁极磁极电枢6.(2023·上海市延安中学高二期末)关于交流发电机和直流电动机，下列说法正确的是A.电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把机械能转化为电能B.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C.发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能D.发电机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把机械能转化为电能√交变电流交变电流交变电流的变化规律交变电流直流交变电流的产生过程分析感应电动势的表达式两个特殊位置峰值表达式交变电流的产生过程电压、电流的表达式正弦式交变电流的图像交流发电机A图中，转轴与磁场平行，线圈中磁通量不会发生变化，故没有感应电流产生，故A错误；B图中，根据E＝BLv可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，故B错误；C图中，穿过闭合回路的磁通量不变，没有感应电流产生，故C错误；D图中，线圈绕垂直磁场的转轴转动，可以产生交变电流，故D正确。线圈经过题图所示位置时，恰好与磁场平行，通过线圈的磁通量为零，但此时磁通量的变化率最大，而根据法拉第电磁感应定律有E＝

，可知当磁通量的变化率最大时，产生的感应电动势最大，因而回路中产生的感应电流也最大，故A错误，C正确；根据右手定则可知，线圈经过题图所示位置时电流方向沿DCBA，故B正确；当线圈经过垂直于题图所示位置时电流的方向才会发生改变，故D错误。由题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即题图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A正确；t1、t3时刻感应电动势为零，穿过线圈的磁通量的变化率为零，磁通量最大，选项B错误，C正确；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，选项D正确。由题