【公开课】交变流电+课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.pptx

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1、3.1 3.1 交流电的产交流电的产生生人教版（2019）高中物理必修第二册观察交变电流的方向：观察交变电流的方向：现象现象：说明：说明：发电机产生的交流电发电机产生的交流电电流方向在不断变化。电流方向在不断变化。两两个二极管会交替发光个二极管会交替发光 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？电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？.直流电直流电(DC)(DC)：电流方向不随时间而改变电流方向不随时间而改变.交变电流交变电流(AC)(AC)：大小和方向都

2、随时间做周期性变化的大小和方向都随时间做周期性变化的电流电流一、交变电流与直流电的概念一、交变电流与直流电的概念ti0例1.如图所示，其中不表示交变电流的是()C例电站的发电机1 1、交流发电机、交流发电机的基本构造的基本构造EF基本组成：基本组成：定子定子：不动的部分叫不动的部分叫定子定子 -磁极磁极(产生匀强磁场产生匀强磁场)转子转子：转动的部分叫转动的部分叫转子转子 -电枢电枢(产生感应电动势的线圈产生感应电动势的线圈)作用：作用：将机械能转化为电能将机械能转化为电能转子转子定子定子abcdabcd线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）K K、LL圆环圆

3、环圆环圆环E E、FF电刷电刷电刷电刷使线圈在转动时保使线圈在转动时保使线圈在转动时保使线圈在转动时保持与外电路的连接持与外电路的连接持与外电路的连接持与外电路的连接二、交变电流的产生二、交变电流的产生交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：将将立体图立体图转化为转化为侧视图侧视图来分析来分析ABCDv问题问题:当线圈在磁场中绕轴转动时当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线哪些边切割磁感线?vBvB，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。1.1.起始位置起始位置特点：特点：1.BS1.BS，最大最大 2.2.没有切割，没有切割，E=0E=0，I=0I=0 此时位置称之为此时位置称之为-中性

4、面中性面 BSBS，最大最大E=0E=0，I=0I=0甲甲乙乙ABCD2.2.向左转过向左转过9090度度a a（b b）、）、d d（c c）边）边垂直垂直切割磁感应线，切割磁感应线，特点：特点：1.BS1.BS，=0=0，E E最大最大，I I最大，最大，E E最大，最大，I I最大最大2.2.感应电流方向感应电流方向DCBADCBABSBS，=0=0I方向：方向：dcba问题问题:当线圈在磁场中绕轴转动时当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线哪些边切割磁感线?ABCD3.3.转过转过180180度度vBvB，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。特点：特点：BSBS，最大最大 没有切

5、割，没有切割，E=0E=0，I=0I=0此时位置称之为此时位置称之为-中性面中性面BSBS，最大最大丙丙ABCD4.4.转过转过270270度度特点：特点：1.BS1.BS，=0=0，E E最大，最大，I I最大最大，a a（b b）、）、d d（c c）边）边垂直垂直切割磁感应线，切割磁感应线，E E最大，最大，I I最大最大 2.2.感应电流方向感应电流方向ABCDABCDBSBS，=0=0丁丁I方向：方向：abcd中性面：中性面：磁通量磁通量最大；最大；感感应电动势E=0E=0；电流流I I方向改方向改变I=0 中性面中性面中性面中性面I方向：方向：dcbaI=0 中性面中性面中性面中性

6、面I方向：方向：abcdoDCBA ADACB与中性面垂直：与中性面垂直：磁通量磁通量=0=0；感感应电动势E E最大最大线圈圈转动一周，一周，电流方向流方向改改变2 2次次Et对比对比分析分析BS最大E=0I=0中性面BS=0E、I最大V/BVB每经过中性面一次，电流方向就改变一次。线圈圈转动一周，一周，电流方向流方向改改变2 2次次与中性面垂直三三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 设磁感应强度是设磁感应强度是B B，ABAB、CDCD长为长为l l，ADAD、BCBC宽为宽为d d，线圈匀速转动的角速，线圈匀速转动的角速度是度是，设，设t t0 0时线圈所在平面与磁场反向刚好垂直时线

7、圈所在平面与磁场反向刚好垂直，则，则t t=t=t时刻线圈产生时刻线圈产生的电动势为多少？的电动势为多少？A A(B B)D D(C C)B Bv vA AD D中性面中性面线圈与中性面的夹角是多少？线圈与中性面的夹角是多少？ABAB边速度方向与磁场方向夹角是多大？边速度方向与磁场方向夹角是多大？ABAB边的速度多大？边的速度多大？ABAB边中的感应电动势多大？边中的感应电动势多大？设磁感应强度是设磁感应强度是B B，ABAB、CDCD长为长为l l，ADAD、BCBC宽为宽为d d，线圈匀速转动的角速，线圈匀速转动的角速度是度是，设，设t t0 0时线圈所在平面与磁场反向刚好垂直时线圈所在平

8、面与磁场反向刚好垂直，则，则t t=t=t时刻线圈产生的时刻线圈产生的电动势为多少？电动势为多少？A A(B B)D D(C C)B Bv vA AD D此时线圈中的感应电动势多大？此时线圈中的感应电动势多大？若线圈由若线圈由N N匝组成，此时感应电动势多大？匝组成，此时感应电动势多大？三三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律以线圈经过以线圈经过中性面开始计时，中性面开始计时，在时刻在时刻t t 线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势e e :为为电动势在时刻电动势在时刻t t的瞬时值的瞬时值E Em m :为电动势可能达到的最大值为电动势可能达到的最大值峰值峰值令令 E Em m=NBSNB

9、S 则则 e e=E=Em m sin tsin t 若为若为N N匝线圈匝线圈e=BS sin e=BS sin tte=NBS sin te=NBS sin teoEmEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/2 3 3/2/22 2 t tt t-Em-Em匝数匝数面积面积三三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律思考：思考：若该线圈给外电阻若该线圈给外电阻R R供电，设线圈本身电阻为供电，设线圈本身电阻为r r，则负载两端的电压，则负载两端的电压u u、流过的电流流过的电流i i随时间变化的规律是怎样的？随时间变化的规律是怎样的？流过负载的电流：流过负载的电流：电流方

10、向和大小随时间做周期性变化，其符合正弦函数变化规律，这样的交变电流叫做正弦式交变电流。交变电流，简称交流（AC)负载两端电压：负载两端电压：当当线圈绕着与匀强磁场方向垂直的轴线线圈绕着与匀强磁场方向垂直的轴线匀速转动，就会产生正弦式交变电匀速转动，就会产生正弦式交变电流。流。Em=NBS 若从若从中性面中性面开始开始计时，则计时，则：t t 时刻时刻瞬时值瞬时值峰值（最大值）峰值（最大值）注意：注意：（1）以上表达）以上表达形式仅在从形式仅在从中性面中性面中性面中性面开始计时的情况下开始计时的情况下成立。成立。（2）负载）负载为为纯纯电阻电阻才能用欧姆定律推导，故瞬时电流才能用欧姆定律推导，故

11、瞬时电流i、瞬时电动势、瞬时电动势u，只适用于，只适用于纯电阻。纯电阻。若线圈从若线圈从中性面的垂中性面的垂面面（峰值面峰值面）开始开始计时计时，在，在t t 时刻线圈中的感时刻线圈中的感应电动势是多少？应电动势是多少？B Bv vA A(B B)D D(C C)中性面中性面 ttt t=0=0 v vv vtt另一种推导方式：另一种推导方式：说明：物理学中，说明：物理学中，正弦正弦交变电流与交变电流与余弦余弦交变电流交变电流(本质规律都相同本质规律都相同)统称为统称为正弦式交流电正弦式交流电 电动势变化规律：电动势变化规律：负载两端电压变化规律：负载两端电压变化规律：故：故：从从与中性面垂直

12、的与中性面垂直的位置位置（峰值面）（峰值面）开开始计时，瞬时值：始计时，瞬时值：流过负载的电流变化规律：流过负载的电流变化规律：注意：注意：(1)(1)峰值与开始计时的位置（线圈转动的时间）无关，与线圈的形状、转轴的峰值与开始计时的位置（线圈转动的时间）无关，与线圈的形状、转轴的位置无关。位置无关。例如：下图所示的几种情况，如果例如：下图所示的几种情况，如果N N、B B、S S、WW均相同，则感应电动势的峰均相同，则感应电动势的峰值均为值均为(2)(2)满足三个条件满足三个条件：匀强：匀强磁场、转轴磁场、转轴垂直垂直于于磁场、磁场、匀速匀速转动的转动的任意形状任意形状线圈，线圈，产生的都是正

13、弦式交变电流，产生的都是正弦式交变电流，均适用均适用e e =E Em msin sin t t 或或 e e =E Em mcoscos t t。（与线圈与线圈的形状、转轴的位置的形状、转轴的位置无关；线圈在非匀强磁场中匀速转动，或者矩形线圈在无关；线圈在非匀强磁场中匀速转动，或者矩形线圈在匀强磁场中非匀速转动，产生的是一般交变电流。匀强磁场中非匀速转动，产生的是一般交变电流。）课堂总结课堂总结交变电流交流发电机交变电流的变化规律电枢磁极交变电流的产生例题1多选矩形线框绕垂直于匀强磁场的轴(轴在线框平面内)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，线框中的感应电动势

14、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的方向就改变一次D线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零CD例题2 多选交流发电机的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，两个电刷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。关于其工作原理，下列分析正确的是()A当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大B当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大C当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小D当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小AC例题3

15、一个正方形线圈的匝数为10，边长为20 cm，线圈总电阻为1，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，则：(取314)(1)该线圈产生的电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？(2)写出感应电动势随时间变化的表达式。(3)线圈从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？针对训练1多选一矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是()A在t0.1 s和t0.3 s时，电动势最大B在t0.2 s和t0.4 s时，电动势方向发生改变C电动势的最大值是157 VD在t0.

16、4 s时，磁通量的变化率最大，为314 Wb/sCD2.多选一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动。线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是()A图中是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的Bt1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零Ct1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大ACD3.如图所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈的总电阻r1，外接电阻R9，匀强磁场的磁感应强度B T，线圈以角速度100 rad/s匀速转动。(1)若线圈经过图示位置(线圈平面与磁感线垂直)时开始计时，写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式。(2)写出交变电流的瞬时值表达式。致谢