《学霸笔记 同步精讲》第3章 交变电流 1.交变电流（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第3章 交变电流 1.交变电流（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
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文档简介
(共39张PPT)
1.交变电流
第三章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.知道交变电流和直流的概念。
2.知道交变电流的峰值、瞬时值的含义,掌握交变电流的产生和变化规律。
3.了解交流发电机的构造和工作原理。
素 养 阐 释
1.通过对交变电流和直流的学习,形成物理观念。
2.通过交变电流的产生和变化规律的学习,掌握科学思维的方法。
3.体会发电机在人类生活和社会发展中的作用,培养科学态度与责任。
自主预习·新知导学
一、交变电流
1.交变电流:电流和电压随时间做周期性变化,简称交流。
2.直流:方向不随时间变化的电流。
二、交变电流的产生
1.交变电流的产生条件。
在匀强磁场中,矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
2.过程分析,如图所示。
三、交变电流的变化规律
1.正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流,简称正弦式电流。其电动势瞬时值表达式为e= Emsin ωt ,其中Em= NωBS 。
2.当正弦式交变电流的负载为灯泡等纯电阻用电器时,写出负载两端的电压u、流过的电流i的表达式。
提示:负载两端的电压u、流过的电流i也按正弦规律变化,即u=Umsin ωt,i=Imsin ωt。
3.峰值:表达式中的Em、Um和Im分别是电动势、电压和电流能达到的
最大值,也叫峰值。
4.正弦式交变电流的图像。
四、交流发电机
1.基本组成部分是两部分,即产生感应电动势的线圈(通常叫作电枢)和产生磁场的磁体。
2.分类:旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机。
3.转子和定子:转动的部分叫转子,不动的部分叫定子。
4.发电机将机械能转化为电能,输送给外电路。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)只有大小和方向都不发生变化的电流才是直流。( )
(2)当线圈中的磁通量最大时,产生的电流也最大。( )
(3)当线圈平面与磁场垂直时,线圈中没有电流。( )
(4)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的电流是交变电流。( )
(5)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。( )
×
×
√
√
×
2.交变电流的大小是否一定变化 它与直流的最大区别是什么
提示:交变电流的大小不一定变化,如方波形电流;它与直流的最大区别是方向随时间做周期性变化。
3.结合交变电流的产生过程想一想,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,每转一周,电流方向改变几次
提示:线圈每转一周,两次经过中性面位置,每经过中性面位置一次,电流方向改变一次,所以线圈每转一周,电流方向改变两次。
4.线圈从中性面开始计时和从垂直于中性面开始计时两种情况下感应电动势随时间变化的图像有什么区别
提示:线圈从中性面开始计时,感应电动势图像为正弦图像(如图甲);
线圈从垂直于中性面位置开始计时,感应电动势图像为余弦图像(如图乙)。
合作探究·释疑解惑
知识点一
正弦式交变电流的产生
【问题引领】
如图所示,当线圈在磁场中绕OO'轴转动时,哪些边切割磁感线 产生电流的大小和方向为什么会变化 线圈转动过程中,当产生的感应电动势有最大值和最小值时线圈分别在什么位置
提示:当线圈在磁场中绕OO'轴转动时,AB、CD边切割磁感线产生感应电流。由于两边切割磁感线的有效速度大小及方向不断改变,所以产生的感应电流大小和方向不断变化。线圈转到图甲和图丙位置时感应电动势最小,图乙和图丁位置时最大。
【归纳提升】
1.两个特殊位置的特点
2.正弦式交变电流的产生条件
(1)匀强磁场。
(2)线圈匀速转动。
(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。
【典型例题】
【例题1】 (多选)如图所示,线圈在磁场中匀速转动产生交变电流,以下相关说法正确的是( )
A.线圈在甲、丙图所示位置时,磁通量变化率最大
B.线圈在乙、丁图所示位置时,产生的电流最大
C.线圈平面经过甲、丙图所示位置时,电流的方向都要改变一次
D.线圈每转动一周,电流方向改变一次
答案:BC
解析:当线圈出现在甲、丙位置时,线圈平面和磁场完全垂直,磁通量最大,但ab边和cd边恰好不切割磁场,此时磁通量的瞬时变化率为零,A错误;线圈在乙、丁位置时,线圈平面和磁场方向平行,磁通量为零,但此时ab边和cd边正好垂直切割磁场,产生的感应电动势最大,故此时流过线圈的瞬时电流最大,B正确;根据交变电流产生的原理,线圈每经过一次中性面,电流方向改变一次,线圈在甲、丙图中均处于中性面,故电流方向都要改变一次,C正确;线圈每转动一周要经过两次中性面,所以线圈每转动一周,方向改变两次,D错误。本题主要考查了交变电流产生的原理,意在培养理论分析和综合应用能力,提高科学思维。
线圈在匀强磁场中转动问题的分析方法
1.分析线圈在不同时刻的位置及穿过它的磁通量、磁通量的变化率情况,利用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。
2.搞清两个特殊位置的特点。
(1)线圈平面与中性面重合时,S⊥B,Φ最大, ,e=0,i=0,电流方向将发生改变。
(2)线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0, 最大,e最大,i最大,电流方向不改变。
【变式训练1】 下图是交流发电机的示意图,图甲到图丁分别表示线圈转动过程中的四个位置,其中甲、丙中的线圈与磁场方向垂直,乙、丁中线圈与磁场方向平行,则在线圈转动的过程中,下列说法正确的是( )
A.线圈转动的过程中,产生直流
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.转到图乙和图丁位置时,线圈产生的感应电流方向相反
答案:D
解析:题图为交流发电机的示意图,线圈转至图乙所示位置时,由右手定则知线圈中感应电流方向为D→C→B→A→D,在外电路中水平向右流经电阻,线圈转至图丁所示位置时,由右手定则知线圈中感应电流方向为A→B→C→D→A,在外电路中水平向左流经电阻,所以产生交变电流,故A错误,D正确;转到图乙位置时,线圈中磁通量为零,磁通量变化率最大,线圈中产生的感应电动势最大,故B错误;转到图丙位置时,线圈中磁通量最大,磁通量变化率为零,线圈中产生的感应电动势为零,线圈中产生的感应电流为零,故C错误。
知识点二
正弦式交变电流的变化规律
【问题引领】
如图所示,线圈平面从中性面开始转动,角速度为ω。经过时间t线圈转过的角度是ωt,ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为l1,bc边长为l2,线圈面积S=l1l2,磁感应强度为B。
(1)ab边产生的感应电动势多大
(2)整个线圈中的感应电动势多大
(3)若线圈有N匝,则整个线圈的感应电动势多大
(2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两部分组成,且eab=ecd,
所以e=eab+ecd=BSωsin ωt。
(3)若线圈有N匝,则相当于N个完全相同的电源串联,所以e=NBSωsin ωt。
【归纳提升】
上面各式中的e、i、u仅限于从中性面开始计时的情况。若从垂直于中性面(即从线圈平面与磁场平行时)开始计时,则上述表达式应为e=Emcos ωt,i=Imcos ωt,u=Umcos ωt。
【典型例题】
【例题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 的匀强磁场中以ω=10π rad/s的角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图所示。从中性面开始计时:
(1)求线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)求线圈从开始计时经 时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值。
(3)求外电路R两端电压瞬时值的表达式。
解析:此题主要考查交变电流的瞬时值表达式,提高科学思维。
(1)线圈产生的感应电动势最大值Em=NBSω=50 V
由此得到的感应电动势瞬时值表达式
e=Emsin ωt=50sin 10πt (V)。
求解交变电流的瞬时值问题的答题模型
【变式训练2】 如图所示,(1)→(2)→(3)→(4)→(5)过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷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连接。下列说法正确的是( )
A.图(1)中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大
B.从图(2)位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imsin ωt
C.当线圈转到图(3)位置时,感应电流最小,且感应电流方向改变
D.当线圈转到图(4)位置时,感应电动势最小,ab边感应电流方向为b→a
答案:C
解析:将立体图转化为平面图来分析,如图所示。
图甲中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率最小,故A错误;从图乙位置开始计时,则t=0时线圈产生的感应电动势最大,形成的感应电流最大,线圈中的电流i随时间t变化的关系是i=Imcos ωt,故B错误;当线圈转到图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,且感应电流方向改变,故C正确;当线圈转到图丁位置时,感应电动势最大,根据右手定则可知ab边感应电流方向为b→a,故D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(交变电流的判断)(多选)下图所示图像中属于交变电流的有( )
答案:ABC
解析:根据交变电流的定义分析,是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化,而不是看大小。此题根据图像判断是否属于交变电流,意在提高学生的辨析能力,培养物理观念核心素养。
2.(交变电流的产生)(多选)下列四幅图对应的方法中能够产生交变电流的是( )
A.图甲中线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动
B.图乙中金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动
C.图丙中由一条导线折成的U形线框绕PQ在匀强磁场中匀速转动
D.图丁中闭合线圈垂直磁感线不动,穿过线圈的磁通量按照正弦规律变化
答案:ACD
解析:题图甲中线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动,会产生正弦式交变电流;题图乙中的金属棒不切割磁感线,不产生感应电动势,故不产生交变电流;题图丙中的U形线框与矩形线圈切割磁感线的效果是相同的,可以产生交变电流;磁通量按题图丁所示变化,线圈中能产生正弦式交变电流,故选A、C、D。
3.(交变电流的规律)如图所示,线圈的面积是0.1 m2,共100匝,匀强磁场的磁感应强度 ,线圈以20π rad/s的角速度匀速旋转。
(1)若从图中时刻开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)从图中时刻开始计时,线圈转过 时电动势瞬时值多大
答案:(1)e=200 cos 20πt(V) (2)100 V
解析:(1)题图中时刻线圈平面与中性面垂直,
故e=Emcos ωt=NBSωcos ωt=200cos 20πt(V)。
1.交变电流
第三章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.知道交变电流和直流的概念。
2.知道交变电流的峰值、瞬时值的含义,掌握交变电流的产生和变化规律。
3.了解交流发电机的构造和工作原理。
素 养 阐 释
1.通过对交变电流和直流的学习,形成物理观念。
2.通过交变电流的产生和变化规律的学习,掌握科学思维的方法。
3.体会发电机在人类生活和社会发展中的作用,培养科学态度与责任。
自主预习·新知导学
一、交变电流
1.交变电流:电流和电压随时间做周期性变化,简称交流。
2.直流:方向不随时间变化的电流。
二、交变电流的产生
1.交变电流的产生条件。
在匀强磁场中,矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
2.过程分析,如图所示。
三、交变电流的变化规律
1.正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流,简称正弦式电流。其电动势瞬时值表达式为e= Emsin ωt ,其中Em= NωBS 。
2.当正弦式交变电流的负载为灯泡等纯电阻用电器时,写出负载两端的电压u、流过的电流i的表达式。
提示:负载两端的电压u、流过的电流i也按正弦规律变化,即u=Umsin ωt,i=Imsin ωt。
3.峰值:表达式中的Em、Um和Im分别是电动势、电压和电流能达到的
最大值,也叫峰值。
4.正弦式交变电流的图像。
四、交流发电机
1.基本组成部分是两部分,即产生感应电动势的线圈(通常叫作电枢)和产生磁场的磁体。
2.分类:旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机。
3.转子和定子:转动的部分叫转子,不动的部分叫定子。
4.发电机将机械能转化为电能,输送给外电路。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)只有大小和方向都不发生变化的电流才是直流。( )
(2)当线圈中的磁通量最大时,产生的电流也最大。( )
(3)当线圈平面与磁场垂直时,线圈中没有电流。( )
(4)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的电流是交变电流。( )
(5)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。( )
×
×
√
√
×
2.交变电流的大小是否一定变化 它与直流的最大区别是什么
提示:交变电流的大小不一定变化,如方波形电流;它与直流的最大区别是方向随时间做周期性变化。
3.结合交变电流的产生过程想一想,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,每转一周,电流方向改变几次
提示:线圈每转一周,两次经过中性面位置,每经过中性面位置一次,电流方向改变一次,所以线圈每转一周,电流方向改变两次。
4.线圈从中性面开始计时和从垂直于中性面开始计时两种情况下感应电动势随时间变化的图像有什么区别
提示:线圈从中性面开始计时,感应电动势图像为正弦图像(如图甲);
线圈从垂直于中性面位置开始计时,感应电动势图像为余弦图像(如图乙)。
合作探究·释疑解惑
知识点一
正弦式交变电流的产生
【问题引领】
如图所示,当线圈在磁场中绕OO'轴转动时,哪些边切割磁感线 产生电流的大小和方向为什么会变化 线圈转动过程中,当产生的感应电动势有最大值和最小值时线圈分别在什么位置
提示:当线圈在磁场中绕OO'轴转动时,AB、CD边切割磁感线产生感应电流。由于两边切割磁感线的有效速度大小及方向不断改变,所以产生的感应电流大小和方向不断变化。线圈转到图甲和图丙位置时感应电动势最小,图乙和图丁位置时最大。
【归纳提升】
1.两个特殊位置的特点
2.正弦式交变电流的产生条件
(1)匀强磁场。
(2)线圈匀速转动。
(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。
【典型例题】
【例题1】 (多选)如图所示,线圈在磁场中匀速转动产生交变电流,以下相关说法正确的是( )
A.线圈在甲、丙图所示位置时,磁通量变化率最大
B.线圈在乙、丁图所示位置时,产生的电流最大
C.线圈平面经过甲、丙图所示位置时,电流的方向都要改变一次
D.线圈每转动一周,电流方向改变一次
答案:BC
解析:当线圈出现在甲、丙位置时,线圈平面和磁场完全垂直,磁通量最大,但ab边和cd边恰好不切割磁场,此时磁通量的瞬时变化率为零,A错误;线圈在乙、丁位置时,线圈平面和磁场方向平行,磁通量为零,但此时ab边和cd边正好垂直切割磁场,产生的感应电动势最大,故此时流过线圈的瞬时电流最大,B正确;根据交变电流产生的原理,线圈每经过一次中性面,电流方向改变一次,线圈在甲、丙图中均处于中性面,故电流方向都要改变一次,C正确;线圈每转动一周要经过两次中性面,所以线圈每转动一周,方向改变两次,D错误。本题主要考查了交变电流产生的原理,意在培养理论分析和综合应用能力,提高科学思维。
线圈在匀强磁场中转动问题的分析方法
1.分析线圈在不同时刻的位置及穿过它的磁通量、磁通量的变化率情况,利用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向。
2.搞清两个特殊位置的特点。
(1)线圈平面与中性面重合时,S⊥B,Φ最大, ,e=0,i=0,电流方向将发生改变。
(2)线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0, 最大,e最大,i最大,电流方向不改变。
【变式训练1】 下图是交流发电机的示意图,图甲到图丁分别表示线圈转动过程中的四个位置,其中甲、丙中的线圈与磁场方向垂直,乙、丁中线圈与磁场方向平行,则在线圈转动的过程中,下列说法正确的是( )
A.线圈转动的过程中,产生直流
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.转到图乙和图丁位置时,线圈产生的感应电流方向相反
答案:D
解析:题图为交流发电机的示意图,线圈转至图乙所示位置时,由右手定则知线圈中感应电流方向为D→C→B→A→D,在外电路中水平向右流经电阻,线圈转至图丁所示位置时,由右手定则知线圈中感应电流方向为A→B→C→D→A,在外电路中水平向左流经电阻,所以产生交变电流,故A错误,D正确;转到图乙位置时,线圈中磁通量为零,磁通量变化率最大,线圈中产生的感应电动势最大,故B错误;转到图丙位置时,线圈中磁通量最大,磁通量变化率为零,线圈中产生的感应电动势为零,线圈中产生的感应电流为零,故C错误。
知识点二
正弦式交变电流的变化规律
【问题引领】
如图所示,线圈平面从中性面开始转动,角速度为ω。经过时间t线圈转过的角度是ωt,ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt。设ab边长为l1,bc边长为l2,线圈面积S=l1l2,磁感应强度为B。
(1)ab边产生的感应电动势多大
(2)整个线圈中的感应电动势多大
(3)若线圈有N匝,则整个线圈的感应电动势多大
(2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两部分组成,且eab=ecd,
所以e=eab+ecd=BSωsin ωt。
(3)若线圈有N匝,则相当于N个完全相同的电源串联,所以e=NBSωsin ωt。
【归纳提升】
上面各式中的e、i、u仅限于从中性面开始计时的情况。若从垂直于中性面(即从线圈平面与磁场平行时)开始计时,则上述表达式应为e=Emcos ωt,i=Imcos ωt,u=Umcos ωt。
【典型例题】
【例题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 的匀强磁场中以ω=10π rad/s的角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动,如图所示。从中性面开始计时:
(1)求线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)求线圈从开始计时经 时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值。
(3)求外电路R两端电压瞬时值的表达式。
解析:此题主要考查交变电流的瞬时值表达式,提高科学思维。
(1)线圈产生的感应电动势最大值Em=NBSω=50 V
由此得到的感应电动势瞬时值表达式
e=Emsin ωt=50sin 10πt (V)。
求解交变电流的瞬时值问题的答题模型
【变式训练2】 如图所示,(1)→(2)→(3)→(4)→(5)过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷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连接。下列说法正确的是( )
A.图(1)中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大
B.从图(2)位置开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imsin ωt
C.当线圈转到图(3)位置时,感应电流最小,且感应电流方向改变
D.当线圈转到图(4)位置时,感应电动势最小,ab边感应电流方向为b→a
答案:C
解析:将立体图转化为平面图来分析,如图所示。
图甲中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率最小,故A错误;从图乙位置开始计时,则t=0时线圈产生的感应电动势最大,形成的感应电流最大,线圈中的电流i随时间t变化的关系是i=Imcos ωt,故B错误;当线圈转到图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,且感应电流方向改变,故C正确;当线圈转到图丁位置时,感应电动势最大,根据右手定则可知ab边感应电流方向为b→a,故D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(交变电流的判断)(多选)下图所示图像中属于交变电流的有( )
答案:ABC
解析:根据交变电流的定义分析,是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化,而不是看大小。此题根据图像判断是否属于交变电流,意在提高学生的辨析能力,培养物理观念核心素养。
2.(交变电流的产生)(多选)下列四幅图对应的方法中能够产生交变电流的是( )
A.图甲中线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动
B.图乙中金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动
C.图丙中由一条导线折成的U形线框绕PQ在匀强磁场中匀速转动
D.图丁中闭合线圈垂直磁感线不动,穿过线圈的磁通量按照正弦规律变化
答案:ACD
解析:题图甲中线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动,会产生正弦式交变电流;题图乙中的金属棒不切割磁感线,不产生感应电动势,故不产生交变电流;题图丙中的U形线框与矩形线圈切割磁感线的效果是相同的,可以产生交变电流;磁通量按题图丁所示变化,线圈中能产生正弦式交变电流,故选A、C、D。
3.(交变电流的规律)如图所示,线圈的面积是0.1 m2,共100匝,匀强磁场的磁感应强度 ,线圈以20π rad/s的角速度匀速旋转。
(1)若从图中时刻开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)从图中时刻开始计时,线圈转过 时电动势瞬时值多大
答案:(1)e=200 cos 20πt(V) (2)100 V
解析:(1)题图中时刻线圈平面与中性面垂直,
故e=Emcos ωt=NBSωcos ωt=200cos 20πt(V)。