【课件】交变电流+课件高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第三章交变电流公路旁、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。电，每时每刻都在为人类作着巨大的贡献。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。3.1交变电流学习目标：(1)通过实验认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流。(2)经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律的过程，体会建立模型与推理分析的思维方法。(3)了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能产生的形式不同。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？观察电池供给的电压的波形观察学生电源交流挡供给的电压的波形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叫作波形图。tI0tI0交流电(AC)：大小和方向都随时间做周期性变化直流电(DC)：方向不随时间变化大小不变变化（恒定电流）一.交变电流注意：①交变电流经过处理，能转换成直流，例如手机充电头充电；直流经过逆变器处理也能转换成交流。②交流比直流经济可靠，使用方便，生活中绝大部分用电都是交变电流。③交流电压的大小可以通过变压器随意转换。交流直流充电器电动自行车的无刷电机（直流电转交流电）日常使用的充电器输出电压的波形二、交变电流的产生1.交流发电机示意图ABCD——线圈K、L——圆环E、F——电刷E=0、I=0磁通量为最大中性面ו电流：B→A→D→C→BוI2.交流电的产生原理电流：C→D→A→B→CI:线圈与磁场方向垂直的平面二、交变电流的产生3.交变电流的变化情况（定性）E=0、I=0磁通量为最大中性面ו电流：B→A→D→C→Bו电流：C→D→A→B→C甲乙丙丁戊（甲）iot

线圈每经过中性面一次，交流电方向改变

次，线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变

次。一两A(B)D(C)三、交变电流的变化规律

磁感应强度是B，AB、CD长为l，AD、BC宽为d，线圈匀速转动的角速度是ω，设t＝0时线圈刚好转到中性面位置，v∥v⊥线圈与中性面的夹角是多少？

AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？

AB边的速度多大？BvAD

·×中性面

经过时间t

AB边中的感应电动势多大？

线圈中的感应电动势多大？

B→A→D→C在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB

边和CD边中电流分别向哪个方向流动？想一想A(B)D(C)三、交变电流的变化规律

磁感应强度是B，AB、CD长为l，AD、BC宽为d，线圈匀速转动的角速度是ω，设t＝0时线圈刚好转到中性面位置，v∥v⊥线圈与中性面的夹角是多少？

AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？

AB边的速度多大？BvAD

·×中性面

经过时间t

AB边中的感应电动势多大？

线圈中的感应电动势多大？

三、交变电流的变化规律当从中性面计时开始，e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值。

如果线圈匝数为N，则Em＝NωBS。e有最大值用Em表示

若电路中的负载为纯电阻电路时，负载两端的电压和流过的电流是否按正弦规律变化？4.正弦式交变电流三.交变电流的变化规律te0ti0tu0εmimum其中Um、

Im分别叫电压和电流的最大值，也叫峰值。而e、u、i则是相应的物理量的瞬时值。三.交变电流的变化规律5.Ф－t图像：中性面θtФ0Фmte0εm【例题1】在磁感应强度为1T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD，如图所示，线圈绕OO′轴以转速匀速转动．AB＝20cm，BC＝25cm，线圈的总电阻为r＝1Ω，定值电阻的阻值为R＝9Ω，从图示位置开始计时．(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式．(2)线圈转过300，流过R的电荷量为多少？(3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？(1)感应电动势最大值Em＝NBSω＝NBL1L2·2πn＝50V.整个线圈中的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝50cos100t(V)．(2)线圈转过300，q＝IΔt，其中，又解析：代入数据得q＝0.025C.而可得(3)线圈转过300，此时，利用传感器显示的交变电流的图像这种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。EmeOtiOtuOtImUm三、交变电流的变化规律5.不同形式的交流电

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。【例题2】在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，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图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（

）

A．t＝0时，线圈平面垂直于磁感线B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向C．t＝1.5s时，线圈中磁通量的变化率最大

D．t＝2s时，线圈中的感应电流最大D解析：根据图像可知，t=0时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，A项错误；图像的斜率为，即表示磁通量的变化率，在0.5S~1.5S之间，“斜率方向“不变，表示感应电动势方向不变，则电流方向不变，B项错误；t＝1.5s时，斜率为零，则线圈中磁通量的变化率为零，C项错误；根据法拉第电磁感应定律可得

，在t＝2s

时，斜率最大，则感应电动势为最大，感应电流最大，选项D正确。四、交流发电机线圈（叫电枢）→产生感应电动势磁极→产生磁场1.基本组成2.基本种类旋转电枢式→电枢动，磁极不动旋转磁极式→磁极动，电枢不动

无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。旋转电枢式发电机转子产生的电流，必须经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。3.两种发电机的比较四、交流发电机旋转电枢式的缺点：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发电机的转子可以由蒸汽轮机、水轮机等带动。蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。科学技术生产、应用3、交变电流的变化规律e=Emsinωt感应电动势：（Em为峰值，Em=NBSω）路端电压：电路中的电流：u=Umsinωti=Imsinωt4、交流发电机1、交变电流①交流电：大小和方向都随时间做周期性变化②直流电：2、交变电流的产生①线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动，产生E感②线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。③中性面：与磁场垂直的平面特点：磁通量最大，E感=0，I感=0。④与中性面垂直的平面：磁通量为0，E感最大，I感最大。做一做1.有人说，在图3.1-3中，线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中的感应电动势最大；线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，因而感应电动势为0。这种说法对不对？为什么？做一做2.下列各情况中，线圈都以角速度ω绕图中的转动轴匀速转动，能产生交变电流的是哪些？请简述理由。3.（多选）如图所示，观察电流表的指针，可以判定（）A．指针随着线圈转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次B．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，电流表的指针偏转最大C．当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，电流表的指针偏转最大D．感应电动势和感应电流是周期性变化的ACD4.(多选)如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列说法正确的是(

)A．感应电动势最大值相同B．感应电动势瞬时值不同C．感应电动势最大值、瞬时值都不同D．感应电动势最大值、瞬时值都相同AD注意：转轴不在中央，或者线框不是矩形，交流电表达式都一样。5.（多选）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转动轴速转动，如图甲所示，磁通量随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（）A．t=0.01s时线框的磁通量变化率最大B．t=0.005s时线框产生的电动势为零C．t=0.02s时线框中的电流改变方向D．线框产生的交变电动势频率为100HzAB6.如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（）A.从正前方看去，该线框将会逆时针转动B.若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变C.转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变D.线框转过90˚时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBSC解析:7、一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生的感应电流如图所示．下列判断正确的是()A．t＝0.01s时刻，线圈平面处于中性面位置B．t＝0.02s时刻，线圈平面与磁感线平行C．该交变电流的频率为100HzD．1s内电流的方向变化50次

由图像知t＝0.01s和t＝0.02s时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，线圈平面处于中性面位置，A正确，B错误；由图像知该交变电流的周期T＝0.02s，所以频率f＝50Hz，C错误；一个周期内电流方向变化两次，1s内电流的方向变化100次，D错误．A8、一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/s。（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？答案（1）e=311Sin100πt

（3）E

m=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（2）I=3.11Sin（100π×1/120）=3.11×1/2=1.55（A）（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）（1）写出感应电动势的瞬时值表达式。（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强