認識交變電流（課件）高二物理（粵教版2019選擇性）

新粵教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊

第三章新課引入恒定電流：強弱和方向都不隨時間改變的電流叫恒定電流。在必修第三冊中，我們將方向不隨時間改變的電流稱為直流。

強弱和方向都隨時間周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流(AC)。交變電流在電力系統(tǒng)中，從發(fā)電到輸配電，用的都是交變電流。在無線電電子設備中的各種電信號，大多數(shù)也是交變電流信號。交變電流在許多電子測量儀器中，交變電流來自各種信號發(fā)生器。交變電流

如圖所示，用學生電源把照明電路中220V的交變電壓變成6V或3V的低壓交變電壓，給小燈泡供電。把小燈泡的兩端接入示波器的輸入端，觀察示波器顯示的波形圖。

示波器顯示出來的波形圖是什么形狀？需要引進哪些物理量進行描述？觀察交變電流的圖像如圖所示，示波器顯示的圖像是正弦(余弦)曲線。它反映了燈泡兩端的電壓（或通過燈泡的電流）隨時間的變化規(guī)律。我們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中所使用的交變電流就是按正弦規(guī)律變化的。觀察交變電流的圖像交變電流的產(chǎn)生

交變電流是由交流發(fā)電機產(chǎn)生的。如圖所示，交流發(fā)電機最基本的結構是線圈和磁極，線圈可繞中心軸轉(zhuǎn)動。線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)L上，cd邊連在滑環(huán)K上，固定的電刷A、B壓在滑環(huán)K、L上，由電刷將電流引出。

如圖所示，把電流計接入發(fā)電機模型的輸出端，搖動發(fā)電機的手柄，使線圈在磁極之間轉(zhuǎn)動，觀察電流計指針的擺動情況。【問題1】觀察電流計的指針有何變化，說明了什么？你能想到什么？

實驗中電流計指針由中間向兩邊不斷擺動，這表明發(fā)電機產(chǎn)生的電流大小和方向在不斷變化，即產(chǎn)生了交變電流?！締栴}2】手柄搖得更快時，電流計的指針擺動的幅度有什么變化？說明了什么？

手柄搖得越快，指針擺動幅度越大，表面交流電越大，方向變化越快

如圖所示，把電流計接入發(fā)電機模型的輸出端，搖動發(fā)電機的手柄，使線圈在磁極之間轉(zhuǎn)動，觀察電流計指針的擺動情況。

設線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，OO'是轉(zhuǎn)動軸.當線圈轉(zhuǎn)到如圖所示的位置時，線圈平面與磁感線垂直中性面。

取線圈在勻強磁場里勻速轉(zhuǎn)動一周過程中幾個特殊的位置如圖所示，探究交變電流產(chǎn)生的原理。交變電流的產(chǎn)生交變電流的產(chǎn)生當線圈從中性面轉(zhuǎn)過90°，處于如圖b所示的位置時，ab邊和cd邊做垂直切割磁感線運動，根據(jù)右手定則，可知感應電流沿abcd方向流動。交變電流的產(chǎn)生

當線圈再轉(zhuǎn)過90°，處于如圖c所示的位置時，該位置也是中性面，線圈中沒有感應電流產(chǎn)生。交變電流的產(chǎn)生

當線圈再轉(zhuǎn)過90°，處于如圖d所示的位置時，ab邊和cd邊再次做垂直切割磁感線運動，產(chǎn)生感應電流。ab、cd兩邊的速度方向與左圖所示方向相反，線圈中感應電流方向也相反，沿dcba方向流動。交變電流的產(chǎn)生當線圈再轉(zhuǎn)過90°處于中性面時，同樣沒有感應電流，如圖e所示。在之后的轉(zhuǎn)動過程中，將重復上述過程。

轉(zhuǎn)到（a)、(c)中性面位置時線圈中沒有電流，感應電流的方向就改變一次，而線圈每轉(zhuǎn)動一周要經(jīng)過兩次中性面，感應電流的方向改變兩次。轉(zhuǎn)到（b)、(d)位置時線圈中的電流最大.交變電流的產(chǎn)生(a)(b)(c)(d)(e)從能量的角度思考，交流發(fā)電機的工作過程是將機械能轉(zhuǎn)化為電能和回路中內(nèi)能的過程，符合能量守恒定律。中性面：線圈垂直于磁感線時所處的位置稱為中性面。中性面的特點：①線圈處于中性面時磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應電動勢為零，感應電流為零；②線圈每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向改變一次，線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次。（2）中性面的垂面的特點：線圈位于此位置時磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應電動勢最大，感應電流最大。交變電流的產(chǎn)生

如圖所示是交流發(fā)電機線圈截面示意圖。標有

的小圓圈表示線圈

邊的橫截面，標有

的小圓圈表示線圈

邊的橫截面。設

邊的長度為

，

邊的長度為

，勻強磁場的磁感應強度為

。線圈平面從中性面開始以角速度

轉(zhuǎn)動，經(jīng)過時間

后轉(zhuǎn)到圖示位置。

根據(jù)上述信息，推導此時感應電動勢的表達式。問題1：此時，線圈與中性面的夾角是多少？問題2：

邊的速度是多少？問題4：

邊產(chǎn)生的感應電動勢是多少？問題3：

邊速度的方向與磁場方向的夾角是多少？問題5：線圈中的感應電動勢是多少？問題6：如果線圈不是從中性面開始旋轉(zhuǎn)，線圈中感應電動勢如何表述？用公式描述交變電流1、感應電動勢的瞬時值：2、感應電動勢的峰值：

如果外電路的純電阻

，線圈本身的電阻為

，可得電流隨時間的變化規(guī)律

可得外電路兩端的電壓隨時間的變化規(guī)律用公式描述交變電流

正弦式交變電流：按正弦規(guī)律變化的交變電流，簡稱正弦交流。

正弦交變電流隨時間的變化用公式描述交變電流

幾種交變電流的波形用公式描述交變電流課堂小結2.實驗探究交變電流的產(chǎn)生。3.用公式來描述交變電流。1.交變電流的曲線成正弦（余弦曲線）。練習練習2．矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是()A．當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大B．當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也為零C．每當線框經(jīng)過中性面時，感應電動勢或感應電流方向就改變一次D．線框經(jīng)過中性面時，各邊不切割磁感線CD練習3.如圖甲所示是目前市面上流行的手搖手機充電器，它體型小，攜帶方便，可以在緊急狀態(tài)下給手機臨時充電。若某人搖動手柄給手機充電時，其內(nèi)部線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，當線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示位置時，下列說法正確的是（

）A．線圈中無電流 B．電流方向?qū)l(fā)生改變C．線圈中的電流最大 D．穿過線圈磁通量的變化率為0C練習4.關于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流,下列說法中正確的是（）

A．線圈每經(jīng)