3.1+交變電流+課件【知識精講精研】高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

3.1交變電流第三章交變電流人教版2019版選擇性必修第二冊思考：生活中能提供電的設備有哪些？觀察學生電源不同的電壓輸出用電壓傳感器觀察學生電源交流擋供給的電壓的波形。這兩種波形各有什么特點？直流交流大小方向周期性變化方向不變一、交變電流和直流1.直流電流(DC)：方向不隨時間變化的電流稱為直流電流，大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恒定直流。例如：干電池供電的電路。2.交變電流(AC)：大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流。例如：家用用電。注意：①交變電流經過處理，能轉換成直流，例如手機充電頭充電；

直流經過逆變器處理也能轉換成交流。②交流比直流經濟可靠，使用方便，生活中絕大部分用電都是交變電流。③交流電壓的大小可以通過變壓器隨意轉換。(多選)下列圖像描述的電流屬于交變電流的是例1√√二、交變電流的產生二、交變電流的產生教學用發(fā)電機產生的電流，大小和方向都在不斷地變化，是一種交變電流。圖3.1-3是交流發(fā)電機的示意圖。裝置中兩磁極之間產生的磁場可近似為勻強磁場，為了便于觀察，圖中只畫出了其中的一匝線圈。線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上；導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。交變電流產生示意圖：將立體圖轉化為側視圖來分析ABCDv問題:當線圈在磁場中繞軸轉動時,哪些邊切割磁感線?v∥B，沒有邊切割磁感線。1.起始位置特點：1.B⊥S，Φ最大

2.沒有切割，E=0，I=0

此時位置稱之為--中性面

B⊥S，Φ最大E=0，I=0二、交變電流的產生甲A(B)D(C)乙ABCD2.向左轉過90度A（B）、D（C）邊垂直切割磁感應線，特點：1.B∥S，Φ=0，E最大，I最大，

E最大，I最大2.感應電流方向DCBAB∥S，Φ=0二、交變電流的產生ABCDD(C)A(B)B3.轉過180度v∥B，沒有邊切割磁感線。特點：B⊥S，Φ最大沒有切割，E=0，I=0此時位置稱之為--中性面

B⊥S，Φ最大，E=0B⊥S，Φ最大丙二、交變電流的產生ABCDD(C)A(B)B4.轉過270度特點：1.B∥S，Φ=0，E最大，I最大，A（B）、D（C）邊垂直切割磁感應線，E最大，I最大2.感應電流方向ABCDB∥S，Φ=0二、交變電流的產生丁此時線圈具有的特點1.線圈平面與磁場垂直(B⊥S)，速度方向與磁場方向平行(B//v)2.磁通量:3.感應電動勢:5.感應電流:4.磁通量的變化率:vvΦ=BS最大E=0?Φ/?t=0I=0中性面線圈經過中性面時，電流將改變方向，線圈轉動一周，兩次經過中性面，電流方向改變兩次．將立體圖轉化為平面正視圖此時線圈具有的特點1.線圈平面與磁場平行(B//S)，速度方向與磁場方向垂直(B⊥v)2.磁通量:

3.感應電動勢:5.感應電流:4.磁通量的變化率:vvΦ=0E=BLv最大?Φ/?t最大I最大我們稱為與中性面垂直的面（峰值面）矩形線圈AB、CD寬L1，AD、BC長L2，磁感應強度是B，設線圈平面從中性面開始轉動，角速度是ω．經過時間t，求此時的感應電動勢.BvA(B)D(C)t=0θv11v⊥中性面θ線圈與中性面的夾角是多少？AB邊的速度多大？AB邊切割磁感線的有效速度多大？AB邊中的感應電動勢多大？整個線圈中的感應電動勢多大？⑥若為N匝線圈，則感應電動勢多大？以線圈經過中性面開始計時（AB和CD邊切割磁感線），在時刻t線圈中的感應電動勢e

:為電動勢在時刻t的瞬時值Em:為電動勢可能達到的最大值——峰值令Em=NBSω

則e=Em

sinωt

若為N匝線圈e=BSωsinωte=NBSωsinωt交變電流的變化規(guī)律:匝數面積

Em=NBSω

★★★若從中性面開始計時，則：t

時刻瞬時值峰值（最大值）從瞬時值可以看出：★矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉軸勻速轉動時，所產生的交變電流按照正弦函數的規(guī)律變化，這種交變電流叫正弦式交變電流，簡稱正弦式電流。若線圈從中性面的垂面（峰值面）開始計時，在t時刻線圈中的感應電動勢是多少？BvA(B)D(C)中性面ωtt=0

v‖v⊥ωt另一種推導方式：說明：物理學中，正弦交變電流與余弦交變電流(本質規(guī)律都相同)統(tǒng)稱為正弦式交流電負載兩端電壓變化規(guī)律：流過負載的電流變化規(guī)律：3、交變電流的變化規(guī)律e=Emsinωt感應電動勢：（Em為峰值，Em=NBSω）路端電壓：電路中的電流：u=Umsinωti=Imsinωt4、交流發(fā)電機1、交變電流①交流電：大小和方向都隨時間做周期性變化②直流電：2、交變電流的產生①線圈旋轉過程中只有AB和CD邊在做切割磁感線的運動，產生E感②線圈每轉動一周，兩次經過中性面，交流電的方向改變兩次。③中性面：與磁場垂直的平面特點：磁通量最大，E感=0，I感=0。④與中性面垂直的平面：磁通量為0，E感最大，I感最大。課堂小結例2：(2022·甘肅臨洮縣文峰中學高二檢測)一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉動，線圈平面位于如圖甲所示的勻強磁場中.通過線圈的磁通量Ф隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是A.t1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大B.t2、t4時刻線圈中感應電流方向改變C.t2、t4時刻線圈中磁通量最大D.t1、t3時刻線圈中感應電動勢最小√例3：在水平向右的勻強磁場中，一線框繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，線框通過電刷、圓環(huán)、導線等與定值電阻組成閉合回路.t1、t2時刻線框分別轉到如圖甲、乙所示的位置，圖甲中線框與磁感線平行，圖乙中線框與磁感線垂直，下列說法正確的是（

）A.t1時刻穿過線框的磁通量最大B.t1時刻電阻中的電流最大，方向從右向左C.t2時刻穿過線框的磁通量變化最快D.t2時刻電阻中的電流最大，方向從右向左√五、交流發(fā)電機

發(fā)電廠里的交流發(fā)電機的構造比我們分析的復雜得多，但是基本組成部分也是兩部分，即產生感應電動勢的線圈（通常叫作電樞）和產生磁場的磁體。1.旋轉電樞式發(fā)電機：電樞轉動，磁極不動的發(fā)電機，叫作旋轉電樞式發(fā)電機。2.旋轉磁極式發(fā)電機：如果磁極轉動，電樞不動，這種發(fā)電機叫作旋轉磁極式發(fā)電機。3.轉子和定子：不論哪種發(fā)電機，轉動的部分都叫轉子，不動的部分都叫定子。eOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πtEm─EmabcdabcdabcdKLabcdabcdKLKLKLKL“五點”作圖法圖像特殊點對應線圈的位置Em=nBSωe

=Emsinωt求解交變電流的瞬時值答題步驟中性面開始計時：中性面的垂面開始計時：注意：(1)峰值與開始計時的位置（線圈轉動的時間）無關，與線圈的形狀、轉軸的位置無關。例如：下圖所示的幾種情況，如果N、B、S、W均相同，則感應電動勢的峰值均為Em=NBSW(2)滿足三個條件：勻強磁場、轉軸垂直于磁場、勻速轉動的任意形狀線圈，產生的都是正弦式交變電流，均適用e

=Emsinωt

或

e

=Emcosωt。（與線圈的形狀、轉軸的位置無關；線圈在非勻強磁場中勻速轉動，或者矩形線圈在勻強磁場中非勻速轉動，產生的是一般交變電流。）規(guī)律物理量從中性面開始計時圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝Emsinωt＝NBSωsinωt電壓u＝Umsinωt＝

sinωt電流i＝Imsinωt＝sinωt三、正弦式交變電流的變化規(guī)律如圖所示，單匝矩形線圈繞bc邊的中點從中性面開始轉動，角速度為ω.經過時間t，線圈轉過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt.設ab