3.1 交变电流 蘫紫 课件 2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

§3.1交变电流

闭合电路的一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动（剖面图），试判断导线中感应电流方向。vv课前复习认识交变电流思考：观看下面的示波器显示的两种电压的波形，它们有什么区别？大小和方向都不变大小和方向周期性变化1.交流电：大小和方向都随时间周期性变化的电流，简称交流（AC）。2.直流电：大小和方向不随时间变化的电流，简称直流（DC）。恒定电流：大小方向都不变的电流交流电的种类(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲

下图画出了6种电流随时间变化的图象，这6个图中的电流i都随时间做周期性变化，其中属于交变电流的是正弦交流电的产生讨论交流P591.产生条件：闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动中性面B⊥SΦ最大E=0I=0B∥vE最大I最大：abcdaB∥SΦ=0B⊥v中性面垂直中性面中性面的垂面B⊥SΦ最大E=0I=0B∥vE最大I最大：dcbadB∥SΦ=0B⊥v（1）中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置①线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（不切割），线圈中的电动势为零②线圈每经中性面一次，感应电流方向就要改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次

线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大（垂直切割），线圈中的电动势为最大。（2）垂直中性面的位置（B∥S）正弦交流电的产生（B⊥S）正弦交流电的变化规律思考：如图以线圈经过中性面开始计时,发电机转子导线框共有n匝，线框AB边长为L1，CD边长为L2，转子的转动角速度为ω,磁极间的磁感应强度为B。试推导出经过t时间发电机的瞬时电动势e的表达式。1.线圈转过的角度：2.ab边的线速度跟磁感线方向的夹角：3.ab边转动的线速度大小：4.ab边产生的感应电动势（设线圈面积为S）：5.整个线圈产生的感应电动势：正弦交流电的变化规律6.若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，则闭合回路中的电流i是多少？7.R两端的电压呢？正弦式交变电流的变化规律电动势e随时间变化规律：感应电流i随时间变化规律：负载电压u随时间变化规律：sinωt从中性面开始计时Em=nBSωIm=Em/(R+r)e、i、u均为瞬时值Em、Im、Um

均为峰值特别提醒1中性面是一个假想的参考平面实际不存在2因e正比于ΔΦ除以Δt故Φ-t图像与e-t图像互余3确定正弦式交变电流的瞬时值表达式需要解决两个问题一是交变电流的最大值二是线圈的计时位置4线圈转动一周两次经过中性面因此一个周期内交变电流方向改变两次正弦交流电的图像(以线圈在中性面位置开始计时)正弦交流电的图像(以线圈在中性面位置开始计时)互余发电机和电动机的能量转化发电机：机械能电能电动机：电能机械能课堂小结：思考：若不是从中性面开始计时，而是从垂直于中性面的位置开始计时，则e、i、u随时间变化的关系是怎样的？

从中性面位置开始计时从与中性面垂直的位置开始计时磁通量Φ等于Φm乘以cosωt等于BS乘以cosωtΦ等于Φm乘以sinωt等于BS乘以sinωt感应电动势e等于Em乘以sinωt等于NBSω乘以sinωte等于Em乘以cosωt等于NBSω乘以cosωt电压u等于Um乘以sinωt等于sinωtu等于Um乘以cosωt等于cosωt电流i等于Im乘以sinωt等于sinωti等于Im乘以cosωt等于cosωt1.一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最大et0t1t2t3t4Em-Em练习D练习2.闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240r/min，若线圈平面转至与磁场平行时的电动势为2V，求从中性面开始计时，(1)产生的交流电动势的表达式；(2)电动势的峰值；(3)从中性面起经s，交流电动势的大小。练习3.如图,线圈的面积2×103cm2，共100匝。处在B=0.5T的匀强磁场中，以100πrad/s的角速度匀速转动，已知线圈电阻为1Ω，外接电阻为9Ω。以图示位置为计时零点，写出电流的表达式。练习4.如图所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4m,ad=bc=0.2m,线圈匝数N=100,电阻r=1Ω,线圈在磁感强度为0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以=100πrad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9Ω,以图示时刻开始计时,则()A.电动势瞬时值为160πsin100πVB.t=0时线圈中磁通量变化率最大C.t=0.5s时线圈中感应电动势最大D.t=0时线圈中磁通量为零BCD求解交变电流的瞬时值问题的答题模型1定位置→确定线圈转动从中性面位置开始计时还是从垂直中性面的位置开始计时2定函数→确定表达式是正弦函数还是余弦函数