3.1交变电流课件 (共22张PPT) 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 3.1交变电流课件 (共22张PPT) 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 31.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-11-07 14:37:28 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
一、电流的分类
3.1 交变电流
新知讲解
1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流，简称交流 (AC)。
2.直流:方向不随时间变化的电流称为直流 (DC)
t
i
0
注意：电池提供的电流不但方向不变且大小也不变，属于恒定电流。
针对练1.以下各个选项所示的电流中，属于交变电流的是
√
观察交变电流的方向：
现象：
说明：
发电机产生的电流方向在不断变化。
两个二极管会交替发光
新知讲解
二、交变电流的产生
1.发电机的结构
选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻进行研究
2、过程分析
甲
乙
丙
丁
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？
I方向DCBA
I方向ABCD
中性面的特点
1.B⊥S，B//v
2.磁通量:
3.感应电动势:
5.感应电流:
4.磁通量的变化率:
v
v
Φ=BS 最大
E=0
Φ/ t= 0
I=0
甲
将立体图转化为平面正视图
垂直中性面的特点
1.B//S，B⊥v
2.磁通量:
3.感应电动势:
5.感应电流:
4.磁通量的变化率:
v
v
Φ=0
E=BLv 最大
Φ/ t 最大
I最大
乙
线圈经过中性面时，电流改变方向，线圈转动一周，电流方向改变两次．
例1 交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是
A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大
B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零
C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大
D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B
√
针对练2.(多选)如图所示，线圈中产生了正弦式交变电流的是(均匀速转动)
√
√
√
针对练3.(多选)矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直的位置时
A．线圈中的电动势为0
B．线圈中的电动势为NBSω
C．穿过线圈的磁通量为0
D．线圈不受安培力作用
√
√
线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽l，AD、BC长d ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势.
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
1.线圈与中性面的夹角是多少？
2.AB边的速度多大？
3.AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
θ
三、交变电流的变化规律
4.AB边中的感应电动势多大？
5.线圈中的感应电动势多大？
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
θ
AB、CD等效为两个串联的电源
v11
v⊥
感应电动势的最大值为
S为线框的面积，N为线圈的匝数
线框的的电动势的变化规律为
交流发动机与电阻连接
负载（电阻）的电压与电流的变化规律
设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为：
峰值：Em、Im和Um 分别是电动势、负载的电流和电压最大值
瞬时值：e 、i、和u 分别是电动势、负载的电流和电压的瞬时值
例2 一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻r＝2 Ω，外接电阻R＝8 Ω，线圈在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中以n＝
300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图
所示，若从中性面开始计时，求：
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)线圈从开始计时经 s时线圈中感应电流的瞬时值；
(3)外电路R两端电压瞬时值的表达式。
这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。
Em
e
O
t
i
O
t
u
O
t
Im
Um
正弦式交变电流
正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。
其他形式的交流电
几种常见交变电流的波形
一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法中正确的是
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，感应电动势达到最大
D．该线圈产生的感应电动势的图像如图
乙所示
√
例3
针对练1.下列各图中面积均为S的单匝线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时能产生正弦式交变电动势e＝BSωsin ωt的图是
√
针对练2.(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动。线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是
A．图中是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的
B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
C．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零
D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大
√
√
√
针对练3.线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，由图像可推断
A．在B、D时刻穿过线圈的磁通量最大
B．在A、C时刻线圈处于中性面位置C．
从A时刻到D时刻线圈转过的角度为π
D．若从O时刻到D时刻经过0.02 s，则在
1 s内交变电流的方向改变50次
√
四、交流发电机
1.交流发电机基本组成部分。
电枢：产生感应电动势的线圈；
磁体：产生磁场的磁体
2.交流发电机的种类
课堂总结
交变电流
交变电流与直流
交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流。
直流：方向不随时间变化的电流。
交变电流的产生
交变电流的产生原因
线圈转动 一周 ，电流方向改变两次。
交变电流的变化规律
e=Emsinωt （Em=NωBS 最大值）
i=Imsinωt
u=Umsinωt
一、电流的分类
3.1 交变电流
新知讲解
1.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流，简称交流 (AC)。
2.直流:方向不随时间变化的电流称为直流 (DC)
t
i
0
注意：电池提供的电流不但方向不变且大小也不变，属于恒定电流。
针对练1.以下各个选项所示的电流中，属于交变电流的是
√
观察交变电流的方向：
现象：
说明：
发电机产生的电流方向在不断变化。
两个二极管会交替发光
新知讲解
二、交变电流的产生
1.发电机的结构
选取线圈运动过程中如图所示的几个特殊时刻进行研究
2、过程分析
甲
乙
丙
丁
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？
I方向DCBA
I方向ABCD
中性面的特点
1.B⊥S，B//v
2.磁通量:
3.感应电动势:
5.感应电流:
4.磁通量的变化率:
v
v
Φ=BS 最大
E=0
Φ/ t= 0
I=0
甲
将立体图转化为平面正视图
垂直中性面的特点
1.B//S，B⊥v
2.磁通量:
3.感应电动势:
5.感应电流:
4.磁通量的变化率:
v
v
Φ=0
E=BLv 最大
Φ/ t 最大
I最大
乙
线圈经过中性面时，电流改变方向，线圈转动一周，电流方向改变两次．
例1 交流发电机发电示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是
A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大
B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零
C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大
D．转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B
√
针对练2.(多选)如图所示，线圈中产生了正弦式交变电流的是(均匀速转动)
√
√
√
针对练3.(多选)矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直的位置时
A．线圈中的电动势为0
B．线圈中的电动势为NBSω
C．穿过线圈的磁通量为0
D．线圈不受安培力作用
√
√
线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽l，AD、BC长d ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势.
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
1.线圈与中性面的夹角是多少？
2.AB边的速度多大？
3.AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
θ
三、交变电流的变化规律
4.AB边中的感应电动势多大？
5.线圈中的感应电动势多大？
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
θ
AB、CD等效为两个串联的电源
v11
v⊥
感应电动势的最大值为
S为线框的面积，N为线圈的匝数
线框的的电动势的变化规律为
交流发动机与电阻连接
负载（电阻）的电压与电流的变化规律
设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为：
峰值：Em、Im和Um 分别是电动势、负载的电流和电压最大值
瞬时值：e 、i、和u 分别是电动势、负载的电流和电压的瞬时值
例2 一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻r＝2 Ω，外接电阻R＝8 Ω，线圈在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中以n＝
300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图
所示，若从中性面开始计时，求：
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)线圈从开始计时经 s时线圈中感应电流的瞬时值；
(3)外电路R两端电压瞬时值的表达式。
这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。
Em
e
O
t
i
O
t
u
O
t
Im
Um
正弦式交变电流
正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。
其他形式的交流电
几种常见交变电流的波形
一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法中正确的是
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，感应电动势达到最大
D．该线圈产生的感应电动势的图像如图
乙所示
√
例3
针对练1.下列各图中面积均为S的单匝线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时能产生正弦式交变电动势e＝BSωsin ωt的图是
√
针对练2.(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动。线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是
A．图中是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的
B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
C．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零
D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大
√
√
√
针对练3.线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，由图像可推断
A．在B、D时刻穿过线圈的磁通量最大
B．在A、C时刻线圈处于中性面位置C．
从A时刻到D时刻线圈转过的角度为π
D．若从O时刻到D时刻经过0.02 s，则在
1 s内交变电流的方向改变50次
√
四、交流发电机
1.交流发电机基本组成部分。
电枢：产生感应电动势的线圈；
磁体：产生磁场的磁体
2.交流发电机的种类
课堂总结
交变电流
交变电流与直流
交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流。
直流：方向不随时间变化的电流。
交变电流的产生
交变电流的产生原因
线圈转动 一周 ，电流方向改变两次。
交变电流的变化规律
e=Emsinωt （Em=NωBS 最大值）
i=Imsinωt
u=Umsinωt