物理人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流（共16张ppt）

(共16张PPT)
3.1 交变电流1
学习目标
1.掌握交变电流的产生原理。
2.会应用法拉第电磁感应定律推导交变电流电压瞬时值的数学式。
3.会应用电流（电压）数学式解决问题。
问题导学 ：
阅读课本P47-50内容，同时思考以下问题：
1、直流电流有什么特点？
电流方向不随时间而改变。符号：DC
2、交变电流有什么特点？
电流（电压）大小和方向都随时间做周期性变化。
符号：AC
3、导体杆在匀强磁场中运动能否产生交变电流？产生交变电流的最佳方法是什么？
能。线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向轴匀速转动
一、直流电与交流电
1、直流电(DC)：电流方向不随时间而改变。
2、交变电流(AC)： (交流):电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流.
注意：大小不变，方向随时间改变的电流也叫交变电流；
即方向随时间变化是交流电的主要特征。
t
u
点拨精讲：
例1（多选）下图所示图象中属于交流电的有(　　)
ABC
交流发电机模型
二、交变电流的产生和规律
A
B
C
D
K
L
E
F
点拨精讲：
1.交变电流的产生原理：
(2)特点：B⊥S时，Φ最大， △Φ/△t＝0，E=0，I=0
(1)定义：垂直磁场方向的平面叫做中性面。
【1】、中性面
(2)特点：B∥S时,△Φ/△t最大， Φ=0， E最大，I最大
【2】、峰值面
(1)定义：平行磁场方向的平面叫做峰值面。
--如甲图
--如乙图
2.交变电流的变化规律：
如图所示，一线圈从中性面开始绕逆时针转动，角速度为 ω，AB、CD 宽 L1，AD、BC 长 L2，经过时间 t，处于图示位置，此时线圈中的感应电动势多大？
A
B
C
D
3.推导出交变电流的表达式
B
v
A(B)
D(C)
t = 0
θ
v‖
v⊥
中性面
AB 边中的感应电动势：
线圈中的感应电动势：
e1 = BL1vsin θ = BL1 ωsin ωt
L2
2
e = 2BL1 ωsin ωt = BSωsin ωt
L2
2
A
B
C
D
线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。
总结：当线圈匝数为 N 时
（1）电动势按正弦规律变化：e = Emsin ωt
转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
e = NBL1L2ωsin ωt = NBSωsin ωt
令 Em= NBwL1L2=NBSw
则有 e = Emsin ωt
1、交变电流的变化规律
2、成立条件
（2）电流按正弦规律变化：i = Imsin ωt
思考：若是磁场与线圈平面平行时开始计时那瞬时感应电动势e又是如何表达呢？
e=Emcosωt
例1、（多选）一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时(　 　 )
A．线圈平面与磁感线方向垂直
B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
D．线圈中的电动势为零
ABD
例2、 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311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/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，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流的瞬时表达式．在t＝ 1/120 s时的电流的瞬时值为多少？
e＝311sin 100πt V
i＝3.11sin100πt A.
变式训练、如图所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，线圈匝数N＝50匝，每匝线圈面积为0.48 m2，转速为150 r/min.写出交流感应电动势瞬时值的表达式；
解析：(1)转动的角频率为：ω=5π rad/s，周期T=0.4 s.
电动势最大值Em=NBSω=50×0.5×0.48×5π ＝188 (V)；
从线圈平面经过中性面开始计时，则线圈在时间t内转过角度ωt，于是交流感应电动势瞬时值的表达式：E=188sin 5πt (V)；．
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。
3、交变电流的变化规律：
（1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。
（2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
e=Emsinωt Em=NBSω
i=Imsinωt Im=Em/R
u=Umsinωt Um=ImR
课堂小 结
2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
瞬时值
最大值
1.（多选）下图中哪些情况线圈中产生了交流电
(　 　)
BCD
当堂检测
2．（多选）一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e＝220sin100πt V，则 ( )
A．交流电的频率是100π Hz
B．t＝0时，线圈位于中性面
C．交流电的周期是0.02 s
D．t＝0.05 s时，e有最大值
BC
3、下图是一个匝数为N截面积为S的线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动时，感应电动势与时间关系图像，请写出感应电动势随时间变化的数学表达式（T为周期。过程完整）
Um
- Um
0
u
t
e=NBSωsin ωt
解：ω=
2π
T