3.1+交变电流+课件【知识精讲精研】高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

3.1交变电流第三章交变电流人教版2019版选择性必修第二册思考：生活中能提供电的设备有哪些？观察学生电源不同的电压输出用电压传感器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？直流交流大小方向周期性变化方向不变一、交变电流和直流1.直流电流(DC)：方向不随时间变化的电流称为直流电流，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定直流。例如：干电池供电的电路。2.交变电流(AC)：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。例如：家用用电。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。(多选)下列图像描述的电流属于交变电流的是例1√√二、交变电流的产生二、交变电流的产生教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，是一种交变电流。图3.1-3是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，为了便于观察，图中只画出了其中的一匝线圈。线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上；导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。交变电流产生示意图：将立体图转化为侧视图来分析ABCDv问题:当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线?v∥B，没有边切割磁感线。1.起始位置特点：1.B⊥S，Φ最大

2.没有切割，E=0，I=0

此时位置称之为--中性面

B⊥S，Φ最大E=0，I=0二、交变电流的产生甲A(B)D(C)乙ABCD2.向左转过90度A（B）、D（C）边垂直切割磁感应线，特点：1.B∥S，Φ=0，E最大，I最大，

E最大，I最大2.感应电流方向DCBAB∥S，Φ=0二、交变电流的产生ABCDD(C)A(B)B3.转过180度v∥B，没有边切割磁感线。特点：B⊥S，Φ最大没有切割，E=0，I=0此时位置称之为--中性面

B⊥S，Φ最大，E=0B⊥S，Φ最大丙二、交变电流的产生ABCDD(C)A(B)B4.转过270度特点：1.B∥S，Φ=0，E最大，I最大，A（B）、D（C）边垂直切割磁感应线，E最大，I最大2.感应电流方向ABCDB∥S，Φ=0二、交变电流的产生丁此时线圈具有的特点1.线圈平面与磁场垂直(B⊥S)，速度方向与磁场方向平行(B//v)2.磁通量:3.感应电动势:5.感应电流:4.磁通量的变化率:vvΦ=BS最大E=0∆Φ/∆t=0I=0中性面线圈经过中性面时，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．将立体图转化为平面正视图此时线圈具有的特点1.线圈平面与磁场平行(B//S)，速度方向与磁场方向垂直(B⊥v)2.磁通量:

3.感应电动势:5.感应电流:4.磁通量的变化率:vvΦ=0E=BLv最大∆Φ/∆t最大I最大我们称为与中性面垂直的面（峰值面）矩形线圈AB、CD宽L1，AD、BC长L2，磁感应强度是B，设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω．经过时间t，求此时的感应电动势.BvA(B)D(C)t=0θv11v⊥中性面θ线圈与中性面的夹角是多少？AB边的速度多大？AB边切割磁感线的有效速度多大？AB边中的感应电动势多大？整个线圈中的感应电动势多大？⑥若为N匝线圈，则感应电动势多大？以线圈经过中性面开始计时（AB和CD边切割磁感线），在时刻t线圈中的感应电动势e

:为电动势在时刻t的瞬时值Em:为电动势可能达到的最大值——峰值令Em=NBSω

则e=Em

sinωt

若为N匝线圈e=BSωsinωte=NBSωsinωt交变电流的变化规律:匝数面积

Em=NBSω

★★★若从中性面开始计时，则：t

时刻瞬时值峰值（最大值）从瞬时值可以看出：★矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化，这种交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流。若线圈从中性面的垂面（峰值面）开始计时，在t时刻线圈中的感应电动势是多少？BvA(B)D(C)中性面ωtt=0

v‖v⊥ωt另一种推导方式：说明：物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流(本质规律都相同)统称为正弦式交流电负载两端电压变化规律：流过负载的电流变化规律：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。课堂小结例2：(2022·甘肃临洮县文峰中学高二检测)一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中.通过线圈的磁通量Ф随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B.t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变C.t2、t4时刻线圈中磁通量最大D.t1、t3时刻线圈中感应电动势最小√例3：在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路.t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置，图甲中线框与磁感线平行，图乙中线框与磁感线垂直，下列说法正确的是（

）A.t1时刻穿过线框的磁通量最大B.t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左C.t2时刻穿过线框的磁通量变化最快D.t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左√五、交流发电机

发电厂里的交流发电机的构造比我们分析的复杂得多，但是基本组成部分也是两部分，即产生感应电动势的线圈（通常叫作电枢）和产生磁场的磁体。1.旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。2.旋转磁极式发电机：如果磁极转动，电枢不动，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。3.转子和定子：不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。eOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πtEm─EmabcdabcdabcdKLabcdabcdKLKLKLKL“五点”作图法图像特殊点对应线圈的位置Em=nBSωe

=Emsinωt求解交变电流的瞬时值答题步骤中性面开始计时：中性面的垂面开始计时：注意：(1)峰值与开始计时的位置（线圈转动的时间）无关，与线圈的形状、转轴的位置无关。例如：下图所示的几种情况，如果N、B、S、W均相同，则感应电动势的峰值均为Em=NBSW(2)满足三个条件：匀强磁场、转轴垂直于磁场、匀速转动的任意形状线圈，产生的都是正弦式交变电流，均适用e

=Emsinωt

或

e

=Emcosωt。（与线圈的形状、转轴的位置无关；线圈在非匀强磁场中匀速转动，或者矩形线圈在匀强磁场中非匀速转动，产生的是一般交变电流。）规律物理量从中性面开始计时图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝NBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝

sinωt电流i＝Imsinωt＝sinωt三、正弦式交变电流的变化规律如图所示，单匝矩形线圈绕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