3.1 交变电流 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共28张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.1 交变电流 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共28张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 6.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-11 22:07:55 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
第1节 交变电流
第三章 交变电流
把高压电流在能量损失较小的情况下通过普通电线输送到迄今连想也不敢想的远距离，并在那一端加以利用……
那么，这些电有什么特性 它和我们普通干电池的电有什么不同？
1.认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流。
2.知道正弦式交变电流方向和大小的变化规律。
3.了解发电机是将机械能转化为电能的装置。
知识点一：交变电流与直流
演示实验：用示波器观察直流电和交变电流
视频：观察电池供给的电压的波形
视频：观察学生电源交流挡供给的电压的波形。
1.波形图
在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。
这两种波形各有什么特点？
2.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流(alternating current，AC)，简称交流。
t
i
0
t
i
0
t
i
0
3.直流:方向不随时间变化的电流称为直流(direct current， DC)
t
i
0
电池供给的电流方向不随时间变化所以属于直流。
注意：电池供给的电流不但方向不变而且大小也不变，所以属于恒定电流。
演示： 观察交变电流的方向
1.实验器材
两个发光颜色不同的发光二极管、教学用发电机
2.实验步骤
（1）如图，把两个发光颜色不同的发光二极管并联在电路中，注意使两者正、负极的方向不同。
（2）然后把二极管连接到教学用的发电机的两端。
（3）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。
G
视频：观察发光二极管的发光情况
3.实验现象：两个二极管会交替发光。
4.实验结论：发电机产生的交流电电流方向在不断变化。
注意：二极管具有单向导电性。
1．(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是( )
A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
BD
练一练
知识点二：交变电流的产生
1.发电机的结构
线圈的AB 边连在金属滑环K上，CD边连在滑环 L上；电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。
线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动。
而BC和AD边总是沿磁场方向运动。
K
D
C
A
B
N
S
磁极
线圈
磁极
滑环
电刷
O
O，
F
E
L
2.交流电的产生原理
装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就会产生交变电流。
甲 乙 丙 丁
思考讨论：1.如图，线圈沿逆时针方向匀速转动，在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB 边中电流向哪个方向流动？
2.在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB 边中电流向哪个方向流动？
3.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？
甲 乙 丙 丁
1.线圈由甲到乙，磁通量减少，根据楞次定律应电流的磁场方向与原磁场方向相同。AB边中电流方向为B→A。
2.线圈由丙到丁，磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，AB边中电流方向为A→B。
3.甲、丙位置时线圈中没有电流，AB、CD边都没有切割磁感线，所以线圈中没有电流。乙、丁位置时线圈中的电流最大，因为此时切割磁感线的速度最大。
甲 乙 丙 丁
3.中性面：线圈平面与磁感线方向垂直，如图为中性面。
中性面平面正视图
A( B )
D( C )
特点：线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大 ，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零。
特点：线圈垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零 ，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势最大。
2.线圈垂直中性面
A( B )
D( C )
·
×
与中性面垂直平面正视图
特别提醒！
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。
1. (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( )
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
练一练
CD
知识点三：交变电流的变化规律
1.交变电动势的变化规律
（1）感应电动势瞬时表达式
e = NBSωsinωt（中性面计时）
（2）当sin t=1时，e有最大值用Em表示，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。
Em＝NωBS
线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的。
2.交变电流的变化规律
当负载为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压 u、流过的电流 i，也按正弦规律变化，即：
u＝Umsinωt （中性面计时）
i＝Imsinωt （中性面计时）
（1）式中Em、Um 和 Im 分别是电压和电流的最大值，也叫峰值。
（2）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 。
3.正弦交变电流随时间的变化的图像
e
O
t
t
t
Em
O
i
Im
O
u
Um
正弦交变电流随时间的变化
4.几种交变电流的波形
甲 家庭电路中的正弦式电流
乙 示波器中的锯齿形扫描电压
丙 电子电路中的矩形脉冲
1.(多选)如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列说法正确的是( )
A．感应电动势最大值相同
B．感应电动势瞬时值不同
C．感应电动势最大值、瞬时值都不同
D．感应电动势最大值、瞬时值都相同
AD
练一练
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
基本类型 特点 转子 定子
旋转电枢式
旋转磁极式
磁极转动，电枢不动
电枢转动，磁极不动
线圈
磁极
磁极
线圈
知识点四：交流发电机
4.旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的区别
（1）旋转电枢式发电机：转子产生的电流，必须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。转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，电机输出的电压一般不超过500 V；
（2）旋转磁极式发电机，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。
发电机的转子可以由蒸汽轮机、水轮机等带动。
蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
1.(多选)关于交流发电机以下说法正确的是：（ ）
A.常见的交流发电机有两种，一种是旋转电枢式一种是旋转磁极式，其中旋转磁极是交流发电机的输出电压一般超过500V。
B.蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机 械能转化为电能，输送给外电路的装置。
C.电枢在不同的发电机机中都称为“定子”磁极则被称为“转子”。
D.我国山峡水电站的发电机为“旋转电枢”式发电机。
AB
练一练
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
交流发电机:旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机
第1节 交变电流
第三章 交变电流
把高压电流在能量损失较小的情况下通过普通电线输送到迄今连想也不敢想的远距离，并在那一端加以利用……
那么，这些电有什么特性 它和我们普通干电池的电有什么不同？
1.认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流。
2.知道正弦式交变电流方向和大小的变化规律。
3.了解发电机是将机械能转化为电能的装置。
知识点一：交变电流与直流
演示实验：用示波器观察直流电和交变电流
视频：观察电池供给的电压的波形
视频：观察学生电源交流挡供给的电压的波形。
1.波形图
在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。
这两种波形各有什么特点？
2.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流(alternating current，AC)，简称交流。
t
i
0
t
i
0
t
i
0
3.直流:方向不随时间变化的电流称为直流(direct current， DC)
t
i
0
电池供给的电流方向不随时间变化所以属于直流。
注意：电池供给的电流不但方向不变而且大小也不变，所以属于恒定电流。
演示： 观察交变电流的方向
1.实验器材
两个发光颜色不同的发光二极管、教学用发电机
2.实验步骤
（1）如图，把两个发光颜色不同的发光二极管并联在电路中，注意使两者正、负极的方向不同。
（2）然后把二极管连接到教学用的发电机的两端。
（3）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。
G
视频：观察发光二极管的发光情况
3.实验现象：两个二极管会交替发光。
4.实验结论：发电机产生的交流电电流方向在不断变化。
注意：二极管具有单向导电性。
1．(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是( )
A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
BD
练一练
知识点二：交变电流的产生
1.发电机的结构
线圈的AB 边连在金属滑环K上，CD边连在滑环 L上；电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。
线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动。
而BC和AD边总是沿磁场方向运动。
K
D
C
A
B
N
S
磁极
线圈
磁极
滑环
电刷
O
O，
F
E
L
2.交流电的产生原理
装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就会产生交变电流。
甲 乙 丙 丁
思考讨论：1.如图，线圈沿逆时针方向匀速转动，在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB 边中电流向哪个方向流动？
2.在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB 边中电流向哪个方向流动？
3.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？
甲 乙 丙 丁
1.线圈由甲到乙，磁通量减少，根据楞次定律应电流的磁场方向与原磁场方向相同。AB边中电流方向为B→A。
2.线圈由丙到丁，磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，AB边中电流方向为A→B。
3.甲、丙位置时线圈中没有电流，AB、CD边都没有切割磁感线，所以线圈中没有电流。乙、丁位置时线圈中的电流最大，因为此时切割磁感线的速度最大。
甲 乙 丙 丁
3.中性面：线圈平面与磁感线方向垂直，如图为中性面。
中性面平面正视图
A( B )
D( C )
特点：线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大 ，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零。
特点：线圈垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零 ，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势最大。
2.线圈垂直中性面
A( B )
D( C )
·
×
与中性面垂直平面正视图
特别提醒！
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。
1. (多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( )
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
练一练
CD
知识点三：交变电流的变化规律
1.交变电动势的变化规律
（1）感应电动势瞬时表达式
e = NBSωsinωt（中性面计时）
（2）当sin t=1时，e有最大值用Em表示，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。
Em＝NωBS
线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的。
2.交变电流的变化规律
当负载为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压 u、流过的电流 i，也按正弦规律变化，即：
u＝Umsinωt （中性面计时）
i＝Imsinωt （中性面计时）
（1）式中Em、Um 和 Im 分别是电压和电流的最大值，也叫峰值。
（2）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 。
3.正弦交变电流随时间的变化的图像
e
O
t
t
t
Em
O
i
Im
O
u
Um
正弦交变电流随时间的变化
4.几种交变电流的波形
甲 家庭电路中的正弦式电流
乙 示波器中的锯齿形扫描电压
丙 电子电路中的矩形脉冲
1.(多选)如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列说法正确的是( )
A．感应电动势最大值相同
B．感应电动势瞬时值不同
C．感应电动势最大值、瞬时值都不同
D．感应电动势最大值、瞬时值都相同
AD
练一练
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
基本类型 特点 转子 定子
旋转电枢式
旋转磁极式
磁极转动，电枢不动
电枢转动，磁极不动
线圈
磁极
磁极
线圈
知识点四：交流发电机
4.旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的区别
（1）旋转电枢式发电机：转子产生的电流，必须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。转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，电机输出的电压一般不超过500 V；
（2）旋转磁极式发电机，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。
发电机的转子可以由蒸汽轮机、水轮机等带动。
蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
1.(多选)关于交流发电机以下说法正确的是：（ ）
A.常见的交流发电机有两种，一种是旋转电枢式一种是旋转磁极式，其中旋转磁极是交流发电机的输出电压一般超过500V。
B.蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机 械能转化为电能，输送给外电路的装置。
C.电枢在不同的发电机机中都称为“定子”磁极则被称为“转子”。
D.我国山峡水电站的发电机为“旋转电枢”式发电机。
AB
练一练
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
交流发电机:旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机