3.1 交变电流 课件高二下学期人教版物理选择性必修第二册

3.1交变电流第三章交变电流你知道下图中仿佛由天际而来，向天际而去的输电线始于哪里，最终又输送到哪里吗？始于：发电厂、变电站输送到：乡村、工厂......你知道发电厂发电机利用什么原理发出来的电？它具有哪些特点？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（重点）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。4、了解交流发电机的构造及工作原理。

观察：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？1.交变电流2.直流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。方向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。3.几种常见的交变电流的种类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观察交变电流的产生线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式交变电流。观察交变电流的方向现象：发电机产生的交流电电流方向在不断变化。两个二极管交替发光说明：(1).在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？AB边和CD边切割磁感线分析交流电的产生过程分析交流电的产生过程甲(1)如图甲：线圈平面

于磁感线，AB、CD边的速度方向与磁线

，线圈

感应电动势；垂直平行不产生乙(2)如图乙：线圈由图甲位置逆时针转过90°至图乙位置时，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

，感应电流方为

；平行最大最大D→C→B→A分析交流电的产生过程(3)如图丙：线圈由图乙位置再逆时针转过90°至图丙位置时，线圈平面又

于磁感线，线圈

感应电动势；垂直不产生分析交流电的产生过程(4)如图丁：线圈由图丙位置再逆时针转过90°至图丁位置时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过图乙位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在图乙位置时相反，感应电流方向为

。A→B→C→D分析交流电的产生过程2.中性面：与磁场方向垂直的平面(S⊥B，如图甲、丙)交变电流的产生1.交流发电机的线圈在匀强磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直。甲线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次。

3.垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁)交变电流的产生

乙1.(多选)(2024·新课标卷)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中()A.电流最小B.电流最大C.电流方向由P指向QD.电流方向由Q指向PAD猜想规定一个正方向，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？甲乙丙丁正弦函数如图，矩形线圈平面绕bc边、ad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，匀强磁场的磁感应强度为B，则：(1)ab边产生的感应电动势为多大？

验证如图，矩形线圈平面绕bc边、ad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，匀强磁场的磁感应强度为B，则：(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验证如图，矩形线圈平面绕bc边、ad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，匀强磁场的磁感应强度为B，则：(3)若线圈有N匝，整个线圈感应电动势为多大？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验证3.从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式交变电流的变化规律按正弦规律变化的交变电流(3)闭合线圈匀速转动1.正弦式交变电流：(1)匀强磁场(2)闭合线圈的转轴垂直于磁场方向2.正弦式交变电流的产生条件：e＝Emsinωt，其中Em＝NBSω为交变电流的峰值

说明（1）、从中性面垂直的位置开始计时：e＝Emcosωt（2）、电动势峰值Em＝NBSω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）、发电机转子的转速通常用n表示，单位是“转每秒”，符号是“r/s”，转速与角速度的关系ω＝2πn。电流表达式：4.正弦式交变电流和电压5.正弦式交变电流的图像(从中性面开始计时)。i＝Imsinωt电压表达式：u＝Umsinωt

C.图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线

圈abcd，铁芯绕轴线以角速度ω转动D.图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中

心轴OO'转动2.以下四种情景中产生正弦式交变电流的是（

）A.图甲中矩形线圈绕与匀强磁场方向垂直的中心轴OO'沿顺时针方向转动B.图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈按图示方向绕轴线OO'匀速转动B

(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。答案e＝50sin(10πt)V(2)在图中画出线圈中感应电动势随时间变化的图像。0.10.2

(4)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值。

(2)如图所示

4.写出瞬时值表达式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt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＝NBSω4.(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ACD(3)e、i大小和方向随时间的变化规律。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：①e＝0(或i＝0)时：

②e最大(或i最大)时：

交流发电机1.工作原理：法拉第电磁感应定律2.主要构造：电枢和磁体(1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。(2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。3.分类：4.发电机的能量转换发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。注意：