3.1 交变电流 蘫紫 课件 2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

§3.1 交变电流 闭合电路的一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动（剖面图），试判断导线中感应电流方向。v课前复习认识交变电流思考：观看下面的示波器显示的两种电压的波形，它们有什么区别？大小和方向都不变大小和方向周期性变化1.交流电：大小和方向都随时间周期性变化的电流，简称交流（AC）。2.直流电：大小和方向不随时间变化的电流，简称直流（DC）。恒定电流：大小方向都不变的电流交流电的种类(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲 下图画出了6种电流随时间变化的图象，这6个图中的电流i都随时间做周期性变化，其中属于交变电流的是 正弦交流电的产生讨论交流P59中性面中性面垂直中性面中性面的垂面（1）中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置①线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（不切割），线圈中的电动势为零②线圈每经中性面一次，感应电流方向就要改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次 线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大（垂直切割），线圈中的电动势为最大。（2）垂直中性面的位置（B∥S）正弦交流电的产生（B⊥S）正弦交流电的变化规律思考：如图以线圈经过中性面开始计时,发电机转子导线框共有n匝，线框AB边长为L1，CD边长为L2，转子的转动角速度为ω, 磁极间的磁感应强度为B。 试推导出经过t时间发电机的瞬时电动势e的表达式。1.线圈转过的角度：2.ab边的线速度跟磁感线方向的夹角：3.ab边转动的线速度大小：4.ab边产生的感应电动势（设线圈面积为S）：5.整个线圈产生的感应电动势：正弦交流电的变化规律6.若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，则闭合回路中的电流i是多少？7.R两端的电压呢？正弦式交变电流的变化规律电动势e随时间变化规律：感应电流i随时间变化规律：负载电压u随时间变化规律：sinωt从中性面开始计时Em =nBSωIm =Em /(R+r)e、i、u 均为瞬时值Em、Im、Um 均为峰值特别提醒1 中性面是一个假想的参考平面 实际不存在2 因 e 正比于 ΔΦ 除以 Δt 故 Φ-t 图像与 e-t 图像互余3 确定正弦式交变电流的瞬时值表达式需要解决两个问题 一是交变电流的最大值 二是线圈的计时位置4 线圈转动一周两次经过中性面 因此一个周期内交变电流方向改变两次正弦交流电的图像(以线圈在中性面位置开始计时)正弦交流电的图像(以线圈在中性面位置开始计时)发电机和电动机的能量转化发电机：机械能电能电动机：电能机械能课堂小结：思考：若不是从中性面开始计时，而是从垂直于中性面的位置开始计时，则e、i、u随时间变化的关系是怎样的？1. 一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ） A. t1 时刻通过线圈的磁通量为零 B. t2 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C. t3 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 D. 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最大练习D练习2. 闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场平行时的电动势为2 V，求从中性面开始计时，(1)产生的交流电动势的表达式；(2)电动势的峰值；(3)从中性面起经 s，交流电动势的大小。练习3.如图, 线圈的面积2×103cm2，共100匝。处在B=0.5T的匀强磁场中，以100πrad/s的角速度匀速转动，已知线圈电阻为1Ω，外接电阻为9Ω。以图示位置为计时零点，写出电流的表达式。练习4.如图所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4 m,ad=bc=0.2m,线圈匝数N=100,电阻r=1Ω,线圈在磁感强度为0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以=100πrad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9Ω,以图示时刻开始计时,则( ) A.电动势瞬时值为160πsin100π V B.t=0时线圈中磁通量变化率最大 C.t=0.5 s时线圈中感应电动势最大 D.t=0时线圈中磁通量为零BCD求解交变电流的瞬时值问题的答题模型1 定位置→ 确定线圈转动从中性面位置开始计时 还是从垂直中性面的位置开始计时2 定函数→ 确定表达式是正弦函数还是余弦函数 若从中性面位置开始计时 表达式为正弦函数 若从垂直中性面的位置开始计时 则为余弦函数3 定数值→ 确定转动的角速度 ω 等于 2πn n 的单位为转每秒 最大值 Em 等于 NBSω4 求结果→ 写出表达式 代入角度求瞬时值下 课