物理人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流（共17张ppt）

(共17张PPT)
情景引入
无论是工作、娱乐还是学习都离不开电
3.1交变电流
演示实验1：
通过学生电源分别用直流和交流电源给发光二极管进行供电，请同学们观察实验现象的区别。
t
I
0
t
I
0
交流电：
大小和方向都随时间做周期性变化
直流电：
方向不随时间变化
大小
不变
变化
（恒定电流）
一、电源的分类
【例题1】
交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流( )
直流电：方向不随时间变化的电流（ ）
恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流（ ）
演示实验2：手摇发电机给发光二极管供电。
手摇发电机为什么会产生交变电流？交流发电机的工作原理？
二、交变电流的产生
1.交流发电机示意图
ABCD——线圈
K、L——圆环
E、 F——电刷
2.交流电的产生原理
思考并回答以下几个问题：
（1）线圈在何位置时通过线圈的磁通量最大？何位置时磁通量最小？
（2）线圈在转动的过程中哪些边在切割磁感线，产生了感应电动势？
（3）在转动的过程中在哪个位置产生的瞬间感应电流最大？哪个位置最小？
（4）线圈在哪个位置时感应电流的方向发生了改变？
甲
乙
丙
丁
戊（甲）
i
o
t
线圈每经过中性面一次，交流电方向改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。
理论证实：
磁感应强度是B，AB、CD长为l，AD、BC宽为d，线圈匀速转动的角速度是ω，设t＝0时线圈刚好转到中性面位置，
线圈与中性面的夹角是多少？
AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
v =
AB边的速度多大？
t
经过时间t
AB边中的感应电动势多大？
vsinθ sin t
线圈中的感应电动势多大？
sin t= BSsin t
v∥
v⊥
B
v
A
D
t
·
×
中性面
三、交变电流的变化规律
sin t= BSsin t
（多匝线圈）
注意以下几点：
1、从中性面计时开始，e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值。
2、若电路中的负载为纯电阻电路时，负载两端的电压和流过的电流也按正弦规律变化。即，
其中Um 、 Im分别叫电压和电流的最大值，也叫峰值。
而e、u、i 则是相应的物理量的瞬时值。
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
峰值的应用:
把电容器接在交流电路中，就需要知道电压的峰值。电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。
【例题2】在磁感应强度为1 T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD，如图所示，线圈绕OO′轴以转速 匀速转动．AB＝20 cm，BC＝25 cm，线圈的总电阻为r＝1 Ω，定值电阻的阻值为R＝9 Ω，从图示位置开始计时．
(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式．
(2)线圈转过300时，线圈产生的感应电动势多少？
(3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？
【例题3】在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（ 　）
A．t＝0时，线圈平面垂直于磁感线
B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向
C．t＝1.5s时，线圈中磁通量的变化率最大
D．t＝2s时，线圈中的感应电流最大
D
三、交变电流的变化规律
不同形式的交流电
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。
四、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。
四、交流发电机
两种发电机的比较
旋转电枢式发电机：旋转电枢式发电机转子产生的电流，经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过500 V。
旋转磁极式发电机：旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。