3.1.1交变电流 课件—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（21张PPT）

3.1.1 交变电流
上节课我们学习了互感现象，自感现象以及自感系数，知道了当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。
并且知道了线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大；带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造。演示：将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路。当线框快速转动时，观察到什么现象??
这种大小和方向都随时间做周期性变化电流，叫做交变电流。
用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？
1、交变电流:大小和方向随时间___________的电流,简称交流(AC)。如图所示。
其中甲图是正弦式交变电流。

2、直流:_____不随时间变化的电流,称为直流(DC)。
3、恒定电流:_____和_____不随时间变化的电流。
周期性变化
方向
大小
方向
一、交变电流
4、图像特点:
(1)恒定电流的图像是一条_____________的直线。
(2)交变电流的图像随______做周期性变化,如正弦交变电流的图像:
与时间轴平行
时间
例1. (多选)某发电机的原理简图如图所示,线圈按图示方向匀速转动。以下说法正确的是(　　)
A.线圈经过图示位置时穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率为零
B.线圈从图示位置转过90°后,小灯泡中的电流方向发生变化
C.线圈转动两周,电流的方向改变2次
D.线圈转动两周,电流的方向改变4次
解析:选A、C。线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右摆动一次,故选项A正确;图示位置为与中性面垂直的位置,线圈处于图示位置时,ab边向右运动,由右手定则,ab边的感应电流方向为a→b,故选项B错误、C正确;线圈平面与磁场方向平行时,ab、cd边垂直切割磁感线,线圈产生的电动势最大,也可以这样认为,线圈平面与磁场方向平行时,磁通量为零,磁通量的变化率最大,故选项D错误。
(多选)下列各图中哪些情况线圈中产生了交变电流 (　　)
变式训练：
解析:选B、C、D。A项中线圈磁通量始终为零,没有感应电流。由交变电流的产生条件可知,轴不能平行于磁感线,但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求。故选项B、C、D正确。
线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生呈周期性变化的交变电流,线圈经过中性面时电流改变方向,线圈每转动一周,有两次通过中性面,电流方向改变两次,指针左右摆动一次。
技法点拨：
1、产生:闭合线圈在匀强磁场中绕_______磁场的轴_____转动,线圈中就产生正弦式交变电流。
垂直于
匀速
二、交变电流的产生
2、产生过程示意图:
3、中性面——线圈平面与磁感线_____时的位置。
(1)线圈处于中性面位置时,穿过线圈的Φ_____,但线圈中的电流为___。
(2)线圈每次经过中性面时,线圈中感应电流方向都要改变。线圈转动一周,感应电流方向改变___次。
垂直
最大
零
两
例2.一矩形线圈，绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向旋转，引出线的两端各与互相绝缘的半圆铜环连接，两个半圆铜环分别与固定电刷A、B滑动接触，电刷间接有电阻R，如图所示，在线圈转动的过程中，通过R的电流(　　)
A．大小和方向都不断变化
B．大小和方向都不变
C．大小不断变化，方向是A→R→B
D．大小不断变化，方向是B→R→A
解析:C　线圈转动时产生的是交变电流，大小不断变化，但由于通过换向器和电刷，流过R的方向一直是A→R→B。
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,如图所示,穿过该线圈的磁通量随时间按正弦规律变化。则(　　)
A.t=0时,线圈位于中性面位置
B.t=0.5 s时,线圈中的磁通量变化率为零
C.t=0.8 s时,线圈产生的感应电动势处于减小的过程中
D.t=1.0 s时,线圈产生的感应电动势为零
变式训练：
解析:选B。t=0时,线圈位于和中性面垂直的位置,故A错误;t=0.5 s时,线圈中的磁通量变化率为零,故B正确;t=0.8 s时,线圈产生的感应电动势处于增大的过程中,故C错误;t=1.0 s时,线圈产生的感应电动势最大,故D错误。
中性面——线圈平面与磁感线垂直时的位置。
(1)线圈处于中性面位置时,穿过线圈的Φ最大,但线圈中的电流为零。
(2)线圈每次经过中性面时,线圈中感应电流方向都要改变。线圈转动一周,感应电流方向改变两次。
技法点拨：
1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。
2、从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωsinωt，感应电动势的最大值为Em=NBSω。
3、中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0。
再见