3.1 交变电流 课件(共20张PPT) 人教版（2019）选择性必修第二册

(共20张PPT)
§3.1 交变电流
一、交变电流的定义
1、交变电流：方向随时间周期性变化的电流被称为交变电流（AC）；
2、直流：方向不随时间变化的电流称为直流（DC） ；
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流；
二、交变电流的产生
磁极：可以认为产生匀强磁场
B
矩形线圈：绕轴OO 匀速转动
滑环K、L
电刷E、F
矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动
二、交变电流的产生
1、哪几条边切割磁感线？
2、线圈转动一圈的过程中电流方向如何变化？以AB边为研究对象分析。
3、线圈转动一圈的过程中哪个位置处感应电流最大？哪个位置没有感应电流？
4、大致画出感应电流随时间变化的图像，标出各位置
e
o
Em
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
二、交变电流的产生
中性面 中性面的垂面
磁通量Φ
磁通量的变化率ΔΦ/Δt
感应电流、感应电动势
感应电流的方向
最大
0
0
最大
0
最大
变向
不变
线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就变化一次，一个周期内，感应电流的方向变化两次！
三、交变电流的变化规律
L1
L2
A(B)
D(C)
B
ω
三、交变电流的变化规律
1、线圈与中性面的夹角？
2、AB边切割磁感线的速度？
3、AB边速度与磁感线的夹角？
4、AB边的感应电动势？
5、一匝线圈的感应电动势？
6、N匝线圈呢？
A(B)
D(C)
B
ω
从中性面开始计时，N匝线圈产生的感应电动势为：
三、交变电流的变化规律
瞬时值
峰值（最大值）
上述公式仅在从中性面开始计时时成立；
交变电流的峰值与线圈形状、转轴的位置（转轴必须与磁场方向垂直）等无关；
R
补充：交变电流从中性面的垂面开始转动情形
A(B)
D(C)
B
ω
-Em
e
t0
t1
t2
t3
t4
Em
如果线框是从夹角为 θ 处开始转动呢？
补充：交变电流从中性面的垂面开始转动情形
四、交变电流的图像
R
三个图像周期、频率相同，变化同步；
图像物理意义不同
四、交变电流的图像
-Em
Em
-Em
e
t0
t1
t2
t3
t4
四、交变电流的图像
六、交流发电机
练习
1、一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值 Em = 400V，线圈匀速转动的角速度 ω=314 rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式（设 0 时刻电动势瞬时值为 0）。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，外电阻为 2kΩ，线圈自身电阻为500Ω，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。
练习
2、如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为 B 的水平匀强磁场中，线框面积为 S， KL 边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度 ω 匀速转动。在 KL 边与磁场方向到达 30° 角的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势的大小是多少？标出线框此时电流的方向。已知线框按俯视的逆时针方向转动。
练习
3、线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示可知（ ）
A. 在 A 和 C 时刻线圈处于磁通量变化率最大位置
B. 在 A 和 C 时刻穿过线圈的磁通量最大
C. 在 B 时刻到 D 时刻线圈转过的角度为 π 弧度
D. 若从 B 时刻到 D 时刻经过 0.01s，则在 1s 内交变电流方向改变100次
练习
4、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 图像如图所示。下列说法中正确的是 ( )
A. t = 0 时刻线圈在中性面位置
B. t = 0.01s 时线圈产生的感应电动势达到最大
C. t = 0.02s 时线圈磁通量的变化率为零
D. t = 0.03s 时线圈产生的感应电动势为零
练习
5、如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B0 = 0.1T，所用矩形线圈的匝数 n = 100 匝，边长lAB = 0.2m，lBC=0.5m，以角速度 ω = 100π rad/s 绕对称轴OO' 匀速转动，当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
（1）线圈中感应电动势的表达式；
（2）至过程中的平均电动势.
v
v
左图是一幅正视图，如果线框沿绿色箭头所示方向运动，它产生的感应电动势如何变化？试着画出一个周期产生交变电流的图像来。
课后思考