物理人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流（共24张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流（共24张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-04 13:29:53 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
第三章 交变电流
1 交变电流
一、交变电流
1.交变电流：方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC).满足正弦规律的交流电称为正弦式交流电（家庭电路灯泡）
2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
上面电流波形中，哪个是交流电？哪个是正弦式交流电？哪个是直流电？哪个是恒定电流？
(1)交变电流的大小一定是变化的吗？
交变电流的大小不一定变化，如方波交变电流，其大小是不变的.
【分析】
电流由 a 流向 b， 灯亮；
观察实验现象，现象是 ；
结论：交流发电机产生的电流方向是
交流发电机产生的是
交替发光
把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用交流发电机的两端，电路如下图所示
A
B
a
b
B
变化的
交变电流
二、交变电流的产生
发电机的基本构造
线圈：转轴垂直于磁场方向
磁极：磁极间形成匀强磁场
K、L——圆环
E、F——电刷
｝
保持线圈与外电路持续连接
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流
如何分析电流大小和方向
①
a(b)
d(c)
②
a(b)
d(c)
①到②
②到③
③到④
④到⑤
③
a(b)
d(c)
④
a(b)
d(c)
⑤
d(c)
a(b)
a – b – c – d – a
a – b – c – d – a
a – d – c – b – a
a – d – c – b – a
转到什么位置时线圈中电流最大？
①
③
②
④
线圈转到什么位置时线圈中没有电流？
转到什么位置时穿过线圈中磁通量最大？
①
③
转到什么位置时磁通量的变化率最大？
②
④
转到什么位置时电流改变方向？
①
③
①感应电动势为零，感应电流为零。
③线圈每经过中性面一次，电流方向改变一次；转动一周（交流电的一个周期），线圈经过中性面两次，电流方向改变两次。
中性面
与磁感线垂直的平面
线圈过中性面时的特点（E、i、φ、Δφ/Δt）
②磁通量最大，磁通量的变化率为零。
线圈过中性面垂面时的特点（E、i、φ、Δφ/Δt）
如果将图中的线圈abcd换为三角形，轴OO′也不在中心位置，其他条件不变，还能产生交变电流吗？
能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特定要求.
如图中哪些情况线圈中产生了交变电流( )
轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求
BCD
例：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，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零时，线框中的感应电动势也为零
C.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零
√
√
E=0
平行面
三、交变电流的变化规律
1.交变电流的瞬时值表达式推导
线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经过时间t：
(1)线圈转过的角度为ωt.
(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ .
(3)ab边转动的线速度大小：
v＝ .
(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)
Eab＝BLabvsin θ＝ (写出φ-t表达式)
ωt
注意初始位置在哪
(5)整个线圈产生的感应电动势：
e＝2eab＝ .
若线圈为n匝，则e＝ .
由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按 规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流.
2.正弦式交变电流的瞬时值表达式
e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt
其中Em为最大值，也叫峰值.
正弦函数
BSωsin ωt
nBSωsin ωt
总结提升
写瞬时值时必须明确是从中性面开始计时，还是从与中性面垂直的位置开始计时.
(1)从中性面开始计时，e＝Emsin ωt
(2)从与中性面垂直的位置开始计时，
e＝Emcos ωt.
例：(多选)单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动的过程中，穿过线框的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是
A.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
B.当穿过线框的磁通量减小时，线框中的感应电动势在增大
C.当穿过线框的磁通量等于 时，线框中的感应电动势为
D.线框转动的角速度为
√
√
平行面
直接公式计算
磁通量电动势都是标量，大小看绝对值
3.正弦式交变电流的峰值
(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直.当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em＝nBSω.
(2)决定因素：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为Em＝nBSω.
例 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势随时间变化的图象如图所示，则
A.t1、t3时刻线圈平面处于中性面位置
B.t2、t4时刻通过线圈的磁通量最大
C.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
D.t2、t4时刻线圈平面与中性面平行
√
t1、t3时刻感应电动势为零，磁通量变化率为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置
t2、t4时刻感应电动势最大，磁通量变化率最大，通过线圈的磁通量为零，线圈平面与中性面垂直 平行面
例 如图所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图象中可能正确的是
√
1.右手定则判断电流方向为b到a
2.切割速度（与B垂直的V）大小判断E大小即I大小
例：如图甲为风速仪的结构示意图.在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈产生的电流随时间变化的关系如图乙所示.若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图可能是
√
电流变为原来一半 周期变为原来两倍
例：如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连.M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连.在线圈转动过程中，通过电阻R的电流
A.大小和方向都随时间做周期性变化
B.大小和方向都不随时间做周期性变化
C.大小不断变化，方向总是P→R→Q
D.大小不断变化，方向总是Q→R→P
√
半圆环交替接触电刷，从而使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型
例：在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合.线圈平面与磁场方向垂直.从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图象为
√
1.右手定则判断电流方向为b到a
2.进出磁场为临界位置
第三章 交变电流
1 交变电流
一、交变电流
1.交变电流：方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC).满足正弦规律的交流电称为正弦式交流电（家庭电路灯泡）
2.直流：方向不随时间变化的电流称为直流(DC)，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
上面电流波形中，哪个是交流电？哪个是正弦式交流电？哪个是直流电？哪个是恒定电流？
(1)交变电流的大小一定是变化的吗？
交变电流的大小不一定变化，如方波交变电流，其大小是不变的.
【分析】
电流由 a 流向 b， 灯亮；
观察实验现象，现象是 ；
结论：交流发电机产生的电流方向是
交流发电机产生的是
交替发光
把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用交流发电机的两端，电路如下图所示
A
B
a
b
B
变化的
交变电流
二、交变电流的产生
发电机的基本构造
线圈：转轴垂直于磁场方向
磁极：磁极间形成匀强磁场
K、L——圆环
E、F——电刷
｝
保持线圈与外电路持续连接
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流
如何分析电流大小和方向
①
a(b)
d(c)
②
a(b)
d(c)
①到②
②到③
③到④
④到⑤
③
a(b)
d(c)
④
a(b)
d(c)
⑤
d(c)
a(b)
a – b – c – d – a
a – b – c – d – a
a – d – c – b – a
a – d – c – b – a
转到什么位置时线圈中电流最大？
①
③
②
④
线圈转到什么位置时线圈中没有电流？
转到什么位置时穿过线圈中磁通量最大？
①
③
转到什么位置时磁通量的变化率最大？
②
④
转到什么位置时电流改变方向？
①
③
①感应电动势为零，感应电流为零。
③线圈每经过中性面一次，电流方向改变一次；转动一周（交流电的一个周期），线圈经过中性面两次，电流方向改变两次。
中性面
与磁感线垂直的平面
线圈过中性面时的特点（E、i、φ、Δφ/Δt）
②磁通量最大，磁通量的变化率为零。
线圈过中性面垂面时的特点（E、i、φ、Δφ/Δt）
如果将图中的线圈abcd换为三角形，轴OO′也不在中心位置，其他条件不变，还能产生交变电流吗？
能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特定要求.
如图中哪些情况线圈中产生了交变电流( )
轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求
BCD
例：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，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零时，线框中的感应电动势也为零
C.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零
√
√
E=0
平行面
三、交变电流的变化规律
1.交变电流的瞬时值表达式推导
线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经过时间t：
(1)线圈转过的角度为ωt.
(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ .
(3)ab边转动的线速度大小：
v＝ .
(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)
Eab＝BLabvsin θ＝ (写出φ-t表达式)
ωt
注意初始位置在哪
(5)整个线圈产生的感应电动势：
e＝2eab＝ .
若线圈为n匝，则e＝ .
由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按 规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流.
2.正弦式交变电流的瞬时值表达式
e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt
其中Em为最大值，也叫峰值.
正弦函数
BSωsin ωt
nBSωsin ωt
总结提升
写瞬时值时必须明确是从中性面开始计时，还是从与中性面垂直的位置开始计时.
(1)从中性面开始计时，e＝Emsin ωt
(2)从与中性面垂直的位置开始计时，
e＝Emcos ωt.
例：(多选)单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动的过程中，穿过线框的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是
A.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
B.当穿过线框的磁通量减小时，线框中的感应电动势在增大
C.当穿过线框的磁通量等于 时，线框中的感应电动势为
D.线框转动的角速度为
√
√
平行面
直接公式计算
磁通量电动势都是标量，大小看绝对值
3.正弦式交变电流的峰值
(1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直.当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足Em＝nBSω.
(2)决定因素：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为Em＝nBSω.
例 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势随时间变化的图象如图所示，则
A.t1、t3时刻线圈平面处于中性面位置
B.t2、t4时刻通过线圈的磁通量最大
C.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
D.t2、t4时刻线圈平面与中性面平行
√
t1、t3时刻感应电动势为零，磁通量变化率为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置
t2、t4时刻感应电动势最大，磁通量变化率最大，通过线圈的磁通量为零，线圈平面与中性面垂直 平行面
例 如图所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图象中可能正确的是
√
1.右手定则判断电流方向为b到a
2.切割速度（与B垂直的V）大小判断E大小即I大小
例：如图甲为风速仪的结构示意图.在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈产生的电流随时间变化的关系如图乙所示.若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图可能是
√
电流变为原来一半 周期变为原来两倍
例：如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连.M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连.在线圈转动过程中，通过电阻R的电流
A.大小和方向都随时间做周期性变化
B.大小和方向都不随时间做周期性变化
C.大小不断变化，方向总是P→R→Q
D.大小不断变化，方向总是Q→R→P
√
半圆环交替接触电刷，从而使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型
例：在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合.线圈平面与磁场方向垂直.从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图象为
√
1.右手定则判断电流方向为b到a
2.进出磁场为临界位置