第1节　交变电流 教学课件

物理第三章交变电流第1节交变电流[学习目标]1．知道交变电流、直流的概念。2.掌握交变电流的产生和变化规律。3．知道交变电流的峰值、瞬时值的含义。01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标知识点1交变电流1．交变电流：方向随时间做周期性变化的电流叫作____________，简称______。2．直流：______不随时间变化的电流称为直流。交变电流交流方向知识点2交变电流的产生1．产生方法闭合线圈在______磁场中绕____________的轴匀速转动。匀强垂直于磁场2．过程分析，如图所示。

3．中性面：线圈平面与磁场______的位置。垂直[判一判]1．(1)交流电是指按正弦规律变化的电流。(

)(2)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。(

)(3)交流电源没有正负极之分。(

)××√知识点3交变电流的变化规律1．瞬时值表达式：电动势：e＝____________，电压：u＝____________，电流i＝____________。2．峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的______值，也叫峰值。3．正弦式电流：按______规律变化的交变电流。Emsin

ωtUmsin

ωtImsin

ωt最大正弦[判一判]2．(1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交流电是正弦式交变电流。(

)(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。(

)(3)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。(

)√××知识点4交流发电机1．分类：电枢转动，磁极不动的发电机，叫作__________________发电机。如果磁极转动，电枢不动，线圈中同样会产生感应电动势，这种发电机叫作__________________发电机。2．转子和定子：不论哪种发电机，______的部分都叫转子，____________部分都叫定子。旋转电枢式旋转磁极式转动不动的1．(交变电流的产生)(多选)下列图中线圈能产生交变电流的是(

)√√√解析：由交变电流的产生条件可知，轴不能平行于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特殊要求，故B、C、D正确。√解析：感应电动势的瞬时值表达式e＝Emsinωt，而Em＝nBωS，转速加倍则ω加倍，同时将S减半，则Em不变，故C正确。3．(交变电流的图像)(2022·四川雅安中学高二期中)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的Φ－t图像如图2所示。下列说法正确的是(

)

A．t＝0时刻线圈在中性面位置，磁通量为零，磁通量的变化率为零B．t＝0.01s时线圈产生的感应电动势最大C．t＝0.02s时线圈磁通量的变化率为零D．t＝0.03s时线圈中的电流方向发生改变√解析：t＝0时刻，磁通量等于零，但Φ的变化率最大，感应电动势最大，线圈垂直于中性面，故A错误；t＝0.01s时刻，磁通量最大，Φ的变化率为零，感应电动势为零，故B错误；t＝0.02s时磁通量等于零，但Φ的变化率达到最大，感应电动势最大，故C错误；由题中图像可知，t＝0.03s时刻穿过线圈的磁通量最大，此时线圈经过中性面，线圈中电流方向发生变化，故D正确。探究一交变电流的产生【问题导引】假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向是怎样的？转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么位置时线圈中电流最大？提示：在四个过程中线圈中的电流方向如下表所示。转动过程电流方向甲→乙D→C→B→A乙→丙D→C→B→A丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D中性面位置(S⊥B位置，如图中的甲、丙)电流i为0。垂直于中性面位置(S∥B位置，如图中的乙、丁)电流i最大。中性面、垂直于中性面的位置的特性比较

中性面垂直于中性面的位置图示

中性面垂直于中性面的位置感应电动势0最大位置线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场平行磁通量最大0磁通量变化率0最大感应电流0最大电流方向改变不变【例1】(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(

)A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框的磁通量为0时，线框中的感应电动势也为0C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为0√√[解析]

线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于0，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于0，感应电动势或感应电流的方向也就在此时发生变化。线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为0，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故C、D正确。[针对训练1]

(多选)如图所示，一面积为S的单匝矩形线圈处于有界磁场中，能在线圈中产生交变电流的是(

)A．将线圈水平向右匀速拉出磁场B．使线圈以OO′为轴匀速转动C．使线圈以ab为轴匀速转动D．磁场以B＝B0sinωt规律变化√√√解析：将线圈向右匀速拉出磁场的过程中磁通量匀速减小，因此产生的感应电流大小不变，A错误；线圈绕垂直于磁感线方向的轴转动时磁通量发生周期性变化，因此产生交变电流，B、C正确；如果磁感应强度发生周期性变化，而线圈面积不变，则磁通量也发生周期性变化，产生交变电流，D正确。探究二交变电流的变化规律【问题导引】1．从不同位置开始计时，交变电流的最大值和瞬时值是否相同？2．线圈在磁场中转动，转至如图所示的位置时，哪些边上产生感应电动势？提示：1.从不同位置开始计时，交变电流的最大值是相同的，瞬时值不同。2．AD、BC边产生感应电动势。1．感应电动势随时间的变化规律如图所示，线圈平面绕OO′(O为bc边的中点，O′为ad边的中点)所在直线从中性面开始转动，角速度为ω。ab边长为L1，bc边长为L2，磁感应强度为B。说明最大值由线圈匝数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，则感应电动势的最大值均为Em＝NBSω。3．正弦式交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt。(2)从与中性面垂直的位置开始计时e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt。【例2】如图所示的矩形线圈，ab＝40cm，ad＝20cm，共50匝，在B＝0.6T的匀强磁场中以300转每分的速度绕中心轴OO′匀速转动，当t＝0时线圈平面与磁场垂直。(1)写出感应电动势瞬时值的表达式。(2)求出当t＝0.025s时感应电动势的瞬时值。(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值。(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始感应电动势的瞬时值表达式。(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值。探究三交变电流的图像

1．交变电流的图像正弦交变电流随时间的变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流的电动势、电流、电压随时间变化的规律，它们是正弦曲线。2．图像信息(1)交变电流的最大值Im、Em、Um，周期T。(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。(3)找出线圈平行于磁感线的时刻。(4)判断线圈中磁通量的变化情况。(5)分析判断e、i、u随时间的变化规律。【例3】一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示。下列说法中正确的是(

)A．t1时刻穿过线圈的磁通量最大B．t2时刻穿过线圈的磁通量为0C．t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大D．每当电流方向变化时，线圈平面就会与中性面垂直√[解析]

t1时刻感应电动势最大，线圈通过与中性面垂直的位置，穿过线圈的磁通量最小，A错误；t2时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，B错误；t3时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，C正确；每当电流方向变化时，线圈平面与磁场垂直，即线圈转到中性面位置，D错误。[针对训练3]一只闭合的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图像如图所示，则下列说法正确的是(

)A．t＝0时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大B．t＝0时刻，线圈平面与中性面重合C．t＝0.1s时刻，线圈中电流方向改变D．t＝0.2s时刻，线圈