交变电流高二下学期物理人教版选择性必修二

1.交变电流第三章

交变电流1234交变电流交变电流的产生交变电流的变化规律实验教学反思

关键词教学目录关键词核心素养1234物理观念科学思维科学探究科学态度与责任通过实验让学生观察直流电和交流电两种波形，阐述两种波形特点通过手摇发电机实验，让学生观察交变电流的方向，合作分析线圈转动一圈过程中，四个特殊位置电磁感应现象。培养学生的观察能力，探究能力以及迁移与质疑的能力。让学生根据法拉第电磁感应定律推导出任意t时刻线圈所在位置的感应电动势大小的表达式，培养了学生分析和推理能力以及模型构建能力。

经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实，实事求是的科学态度。

核心素养教学重难点重点难点（1）分析交变电流产生过程，理解交变电流产生原理（2）会用函数表达式和图像描述正弦式交变电流正弦式交变电流的产生原理问题导入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？电池直流供电时电压的波形学生电源交流挡供电时电压的波形交变电流1.交变电流（AC）:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。2.直流电（DC）：方向不随时间变化的电流0it恒定直流0it脉动直流电3.说明：（1）大小不变，方向改变的电流也是交流。（2）交变电流经电子电路处理后可变成直流。（3）直流恒定电流：大小和方向不随时间变化的电流脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流交变电流交变电流下列五个图，哪些是描述交变电流的?判断依据是什么?C和E是交变电流,判断依据是大小和方向随时间周期性变化。

交变电流例1、如图所示，下列电流的大小和方向都随时间变化，其中属于直流电的是（）ABCDC演示实验

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：发电机产生的交流电电流方向在不断变化。现象：两个二极管会交替发光交变电流的产生1、交流发电机的基本构造E定子：不动的部分叫定子--磁极(产生匀强磁场)转子：转动的部分叫转子--电枢(产生感应电动势的线圈)作用：将机械能转化为电能转子定子abcd——线圈（切割磁感线）K、L——圆环A、B——电刷使线圈在转动时保持与外电路的连接1.在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？2.线圈由甲图转到乙图位置的过程中，AB、CD边中电流各向哪个方向流动？3.线圈由丙图转到丁图位置的过程中，AB

、CD边中电流各向哪个方向流动？4.转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？甲乙丙丁交变电流的产生2.交流电的产生过程问题:当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线?B⊥S，磁通量Φ最大v∥B，没有边切割磁感线磁感应强度E=0感应电流I=0中性面：与磁感线垂直的平面（1）.起始位置甲交变电流的产生2.交流电的产生过程A(B)D(C)（2）.向左转过90°B∥S，磁通量Φ=0v⊥B，AB、CD边垂直切割磁感线磁感应强度E最大

感应电流I最大垂直中性面的位置感应电流的方向：D→C→B→A乙交变电流的产生2.交流电的产生过程A(B)D(C)（3）.向左转过180°中性面：与磁感线垂直的平面B⊥S，磁通量Φ最大v∥B，没有边切割磁感线磁感应强度E=0感应电流I=0丙交变电流的产生2.交流电的产生过程A(B)D(C)（4）.向左转过270°B∥S，磁通量Φ=0v⊥B，AB、CD边垂直切割磁感线磁感应强度E最大

感应电流I最大垂直中性面的位置感应电流的方向：A→B→C→D交变电流的产生2.交流电的产生过程丁A(B)D(C)中性面：垂直磁场方向的平面．（1）穿过线圈的磁通量

最大，但

最小，线圈中的感应电动势为零．（2）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．（3）线圈平行于磁感线时，,

最大，感应电动势最大。甲丙交变电流的产生2.交流电的产生过程

中性面的垂面：平行磁场方向的平面（1）穿过线圈的磁通量最小Φ=0（2）v⊥B：感应电动势最大

感应电流最大磁通量变化率∆Φ/∆t最大（3）每个周期内，线圈转动一周：两次经过中性面，电流方向改变两次乙交变电流的产生2.交流电的产生过程丁例2．如图所示，为交流发电机的示意图．装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈转动时通过滑环和电刷保持与外电路的闭合．假设线圈沿逆时针方向匀速转动，则下列说法正确的是（）A．线圈通过图中位置瞬间，AB边的电流方向由A到BB．线圈通过图中位置瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率为零D．线圈从图中位置转过

时

，

流过线圈的电流最大C．线圈从图中位置转过

时，

穿过线圈的磁通量最大交变电流的产生C画一画感应电流的大致随时间变化的图像itO甲甲乙丙丁乙规定一个正方向，画出线圈在甲乙丙丁四个不同位置时对应电流的大小，大致画出电流的变化图像，看看图像的形状，猜测一下可能是什么的函数图像？甲乙丙丁交变电流的产生交变电流的变化情况(从中性面开始计时)甲乙丙丁戊（甲）iot重要结论：线圈每经过中性面一次，交流电方向改变一次，中性面中性面中性面线圈转动一圈，电流方向变化两次交变电流的产生2.交流电的产生过程

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.1.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？BvA(B)D(C)t=0θθv11v⊥4.AB边中的感应电动势多大？5.线圈中的感应电动势多大？AB、CD等效为两个串联的电源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交变电流的变化规律设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为：当sin𝝎t=1时，e有最大值用Em表示，Em为电动势的最大值。Em＝NωBS式中Em、Um

和Im

分别是电压和电流的最大值，也叫峰值。按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。从中性面计时开始，e为电动势在时刻t的瞬时值。注意事项：匝数面积交变电流的变化规律例3、有一匝数为10的正方形典例]线圈，边长为20cm，线圈总电阻为1Ω，线圈绕00‘轴以10πrad/s的角、速度匀速转动，如图所示，垂直于线圈平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。(线圈转动从中性面开始计时)(1)求该线圈产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别为多少?(2)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大?(3)写出感应电动势随时间变化的表达式。交变电流的变化规律ххххххххoO’ω

正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。交变电流的变化规律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交变电流的产生旋转电枢式的缺点：旋转磁极式的优点：电压高会火花放电、电枢无法做大高电压、高功率输出3.两种发电机的比较交变电流的产生课堂练习1、下列关于交变电流和直流的说法中正确的是（）A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B．直流的大小可以变化，但方向一定不变C．交变电流一定是按正弦规律变化的D．交变电流的最大特征是电流的大小和方向做周期性的变化课堂练习【详解】ACD．如果电流的大小和方向做周期性的变化，则为交变电流，但不一定按照正弦规律变化，故AC错误，D正确；B．直流的大小可以变化，但方向一定不变，故B正确。故选BD。课堂练习2、交变电流的产生过程分析甲乙丙丁（1）如图甲，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（2）如图乙，线圈逆时针转过90°，线圈平面与磁感线平行，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____________；（3）如图丙，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；（4）如图丁，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_________。垂直于平行不产生最大最大DCBA垂直不产生ABCD课堂练习3、如图所示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．图示位置为中性面，线圈中无感应电流B．图示位置ab边的感应电流方向为b→aC．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零D．线圈每转动一周，电流方向改变两次D课堂练习【详解】A．线圈平面与磁场方向平行不是中性面，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的感应电动势最大，感应电流最大，A错误；B．线圈处于题图所示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，B错误；C．线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的感应电动势最大，感应电流最大，可知线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，C错误；D．线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流方向改变，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，D正确。故选D。课堂练习3、如图所示，边长为l的正方形金属框abcd置于匀强磁场中，磁场方向水平向右。金属框以角速度ω绕金属框的bc边逆时针（从上往下看）匀速转动，t=0时金属框平面与磁场平行（图示状态），下列说法正确的是（）A.

时，ad边的电流方向从d指向a

B．在

的时间内，ab边的电流方向为先a→b，后b→aC．在

的时间内，cd边一直切割磁感线

D．若绕ab边转动，在

的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小

B课堂练习【详解】A．

时，ad边切割方向与磁场平行，瞬时电流为0，故A错误；B．在

的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小，由楞次定律ab边的电流方向为先a→b，后b→a，故B正确；C．在

的时间内，cd边一直没有切割磁感线，故C错误；D．若绕ab边转动，在

的时间内，通过金属框的磁通量一直为0，故D错误。故选B。

课堂练习4、某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd线圈处于匀强磁场中，通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Ф随时间t变化的图像，则（）A．t=0时刻线圈处于中性面位置B．t3时刻，穿过线圈的磁通变化率为零，感应电动势为零C．t1时刻电流表示数为0，t2时刻电流表的示数最大D．t2、t4时刻电流方向发生改变，线圈转动一周，电流方向改变两次B课堂练习【详解】A．由图乙可知，t=0时刻穿过线圈的磁通量为0，则线圈与中性面垂直，故A错误