人教版（2019）选择性必修第二册 3.1 交变电流 课件(共31张PPT)

(共31张PPT)
§3.1　交 变 电 流
１.直流电(DC)：
电流方向不随时间而改变
２.交变电流(AC)：
大小和方向都随时间做周期性变化的电流
一.电流的分类：
种类：
例题：在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是　　　　　 。
t
i
A
B
C
ABD
D
思考判断：
(1)交变电流的大小一定随时间变化。( )
(2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。( )
(3)交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化。( )
(4)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家用电器。( )
×
×
√
×
如何产生交流电呢？
交流发电机模型的原理简图
二、交变电流的产生：
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。
哪些位置切割产生的电动势最大？
AB 和CD
已、丁
思考：哪些边在切割产生电动势？
哪些位置切割产生的电动势最小？
甲、丙
(甲)
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
没有边切割磁感应线
二、交变电流的产生
为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析
1．中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面．
线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但ab和cd边都不切割磁感线，所以线圈中的电动势为零．
强调:关于中性面
B
A(B)
D(C)
B∥S，φ=0，E最大，I最大，感应电流方向b到a
(乙)
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，
二、交变电流的产生
(丙)
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
二、交变电流的产生
没有边切割磁感应线
B∥S，φ=0，E最大，I最大，感应电流方向a到b
二、交变电流的产生
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，
(丁)
1．中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面．
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．
B
A(B)
D(C)
设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以恒定角速度匀速转动，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O。
1．线圈转动一周，多少次经过中性面 电流方向改变多少次
2．线圈转到什么位置时磁通量最大 这时感应电动势是最大还是最小
3．线圈转到什么位置时磁通量最小 这时感应电动势是最大还是最小
思考与讨论
.
a(b)
c(d)
O
．
B
令
e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．
三、交变电流的变化规律：
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势
.
.
a(b)
c(d)
θ
θ
θ
ω=
Δt
Δ
θ
θ = ωt
（ab和cd边切割磁感线）
v = rω
v=ω
２
Ｌ
则有
（1）电动势按正弦规律变化：
（2）电流按正弦规律变化：
（3）电路上的电压按正弦规律变化：
电流：　　　　　　　
三、交变电流的变化规律：
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
通过R时：
e
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
立体图
平面图
×
×
电流方向
e
最大
最大
0
0
无
无
DCBAD
ABCDA
0
无
o
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
四、交流电的图像
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
正余弦交流电产生条件:
①匀强磁场、
③转轴必须和磁场垂直
②匀速转动、
E感的值与线圈的形状和转轴的位置没有关系：
E=NBSω
思考:下列四个线圈中能产生感应电流的是哪几个？
B
若从中性面开始计时，电流按 规律变化，
若从极值面开始计时,则按 规律变化
t
I
t
I
正弦
余弦
若从任一时刻开始计时,则按 规律变化
t
I
非弦
思考：
思考判断：
(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。( )
(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。( )
(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零。( )
(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。( )
×
×
√
√
交流发电机的基本结构
五、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
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。
旋转电枢式的缺点：
旋转磁极式的优点：
电压高会火花放电、电枢无法做大
高电压、高功率输出
3.两种发电机的比较
五、交流发电机
交流发电机
例1:一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式？如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2000Ω，内电阻不计。电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。
e=EmsinWt
解：
Im=Em/R
i=ImsinWt
=400sin314t
=400÷2000A=0.2A
=2sin314t
例2：如图所示，一半径为r＝10 cm 的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B=5/π2Ｔ，的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴线 OO′以n＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时．求
(1)电动势的瞬时值表达式
(2)线圈从图示位置经1/60s时的电动势的瞬时值
(3)线圈从图示位置经T/6时的电动势的瞬时值
解：（1）e＝Emsin ωt
ω＝2πn
＝20π rad/s
e＝
(2)当t＝1/60 s时，
Em=NBSω
=100V
e＝100sin20π(1/60)V
＝50 V
100sin 20πt (V)
(3)当t＝T/6s时，
e＝100sin20π(1/6)V
＝－50 　V
４、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为　　　　　　　　．若线圈电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为　 　　　　 　　．
0
Em
e
-Em
t
e=Emsinωt
i=(Em/R)·sinωt
课堂练习
５、交流发电机有两种，即　　　　　、　　　　　．其中转动
的部分叫　　，不动的部分叫　　．发电机转子是由　 　、
　　　或其它动力机带动
旋转磁极式
旋转电枢式
转子
定子
水轮机
蒸汽轮机
课堂练习
课堂练习
6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ）
A.t1时刻通过线圈的磁通量为零
B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小
e
t
0
t1
t2
t3
t4
Em
-Em
CD
拓展延伸：
产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生．
　　①金属棒在平行于磁场方向的导轨上作圆周运动切割磁感线，也能产生正弦式交流电．
　　②即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴．只要是绕垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电流仍是正弦式交流电．