3.1 交变电流(第一课时） 课件 （21张PPT）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
3.1 交变电流
(第1课时)
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。
【导入新课】
【学习目标】
1、理解交变电流产生的原理，知道什么是中性面。(物理观念)
2、提高空间想象能力以及将立体图形转化为平面图的能力(科学思维)
3、能利用已有知识探究出中性面的准确含义（科学探究）
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？
一、交变电流和直流
1.直流(DC)：
方向不随时间变化的电流称为直流电流，简称直流，
例如：干电池供电的电路。
2.交流(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：家用照明电路。
t
i
0
【典例1】如图所示，属于交流电的是(　　)
C
观察交变电流的方向
把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端（图 3.1-2）。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。实验现象说明了什么？
现象：两个二极管会交替发光
说明：发电机产生的交流电电流大小和方向在不断变化。
二、交变电流的产生
现在我们来利用所学的电磁学的知识来分析交流电的产生过程。
假定线圈在匀强磁场中绕轴OO′沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：
1.在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？
2.线圈由甲图转到乙图位置的过程中，AB 、CD 边中电流各向哪个方向流动？
3.线圈由丙图转到丁图位置的过程中，AB 、CD边中电流各向哪个方向流动？
4.转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？
A
B
C
D
v
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
A
B
C
D
2.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DCBA
B∥S，φ=0
二、交变电流的产生
A
B
C
D
D(C)
A(B)
B
3.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=0
B⊥S，φ最大
丙
二、交变电流的产生
A
B
C
D
D(C)
A(B)
B
4.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ABCD
B∥S，φ=0
二、交变电流的产生
丁
二、交变电流的产生
1.B⊥S，φ最大
2.没有切割B，E=0，I=0
3.此位置称为--中性面
1.B∥S，φ=0，
2.垂直切割B,E最大I最大
3. 此位置称为--峰值面
1.B⊥S，φ最大
2.没有切割B，E=0，I=0
3.此位置称为--中性面
1.B∥S，φ=0，
2.垂直切割B,E最大I最大
3. 此位置称为--峰值面
感应电流方向DCBA
感应电流方向ABCD
大致画出感应电流随时间变化的曲线：
转动过程
电流方向
甲→乙
B→A→D→C
乙→丙
B→A→D→C
丙→丁
A→B→C→D
丁→甲
A→B→C→D
1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）穿过线圈的磁通量φ=BS最大，但???????=0最小，线圈中的感应电动势为零．
（2）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．
2.峰值面：平行于磁感线的的平面。
φ=0,???????最大，感应电动势最大。
?
结论:
二、交变电流的产生
三、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
电压高会火花放电、电枢无法做大
高电压、高功率输出
3.发电机是将机械能转化成电能的装置。
说明：无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。
课堂小结
一、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：
方向不随时间变化
二、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峰值面：磁通量为0，E感最大，I感最大。
三、交流发电机
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。
1、『判一判』
(1)如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流。 (　　)
(2)直流电的大小可以变化，但方向一定不变。 (　　)
(3)交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的。 (　　)
(4)当穿过线圈的磁通量为0时，线圈中的感应电动势也为0。 (　　)
(5)每当线圈经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次。 (　　)
(6)当线圈位于中性面位置时，线圈中的感应电动势最大。 (　　)
×　
√　
×　
×　
√　
×　
堂堂清
2．一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法错误的是（　　）
A．线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大
B．线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向
C．线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小
D．线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大
A
堂堂清
3、（多选）图中闭合金属线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是（　　）
AD
堂堂清
4、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交流电，如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．当穿过线圈的磁通量最大时，产生的电动势最大
B．当穿过线圈的磁通量为零时，产生的电动势最大
C．在图示位置时，A边产生的感应电流方向垂直纸面向里
D．在图示位置时，A边产生的感应电流方向垂直纸面向外
BC
堂堂清
5．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生交流电，则下列说法中正确的是（　 　）
A．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零
B．当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电动势最大
C．线圈在磁场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变一次
D．每当线圈越过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次
ABD
堂堂清