1、人教版高中物理选修二3.1 3.1 交变电流交变电流人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二目录新知导入第 一 部 分新知探究第 二 部 分新知应用第 三 部 分课堂小结第 四 部 分新知巩固第 五 部 分观察交变电流的方向：观察交变电流的方向：把两个发光颜色不同的发光二极管把两个发光颜色不同的发光二极管 并联，注意使两并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。光二极管的发光情况。现象：现象：
2、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。两个二极管会交替发光两个二极管会交替发光新知导入新知导入 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？新知导入新知导入.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)：种类：新知探究新知探究例题：在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交例题：在如图所示的几种电流随时间
3、变化的图线中，属于交变电流的是变电流的是。tiABCABDD新知应用新知应用 思考判断：思考判断：(1)交变电流的大小一定随时间变化。交变电流的大小一定随时间变化。()(2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。()(3)交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化。交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化。()(4)交变电流不稳定，很容易交变电流不稳定，很容易“烧坏烧坏”家用电器。家用电器。()如何产生如何产生交流电交流电呢？呢？新知应用新知应用新知探究新知探究交流发电机模型的原理简图交流发电机模型的原理简图新知探究新知探究矩形线
4、圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。新知探究新知探究切割AB 和CD已、丁哪些边在切割产生电动势？切割甲、丙新知探究新知探究为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析来分析新知探究新知探究(甲甲)BSBS，最大，最大，E=0,I=0E=0,I=0 中性面中性面没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线新知探究新知探究BSBS，=0=0，E E最大，最大，I I最大，感应电流方向最大，感应电流方向b b到到a a(乙乙)a a（b b）、）、d d（c c）边垂直切割磁感应线，）边垂直切割磁感
5、应线，新知探究新知探究(丙丙)BSBS，最大，最大，E=0,I=0E=0,I=0 中性面中性面没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线新知探究新知探究BSBS，=0=0，E E最大，最大，I I最大，感应电流方向最大，感应电流方向a a到到b b a a（b b）、）、d d（c c）边垂直切割磁感应线，）边垂直切割磁感应线，(丁丁)新知探究新知探究BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)立体图立体图平面图平面图e电流方向最大最大最大最大00无无无无DCBADABCDA0无无 BA(B)D(C)新知探究新知探究 1 1中性面：线圈平面与磁感线垂直的
6、位置叫做中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面中性面 （1 1）线圈经过中性面时，穿过线圈的）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大，但，但ab和和cd边都不边都不切割磁感切割磁感线，所以线圈中的线，所以线圈中的电动势为零电动势为零 （2 2）线圈经过中性面时，）线圈经过中性面时，电流将改变方向电流将改变方向，线圈转动一周，线圈转动一周，两次两次经过中性面，经过中性面，电流方向改变电流方向改变两次两次强调强调:关于中性面关于中性面BA(B)D(C)新知探究新知探究设正方形线圈的边长为设正方形线圈的边长为L L，在匀强磁场，在匀强磁场B B中绕垂直于磁场的对称轴中绕垂直于磁场的对
7、称轴以恒定角速度匀速转动，以恒定角速度匀速转动，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为O O。1 1线圈转动一周，多少次经过中性面线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次电流方向改变多少次?2 2线圈转到什么位置时磁通量最大线圈转到什么位置时磁通量最大?这时感应电动势是最大还是最小这时感应电动势是最大还是最小?3 3线圈转到什么位置时磁通量最小线圈转到什么位置时磁通量最小?这时感应电动势是最大还是最小这时感应电动势是最大还是最小?思考与讨论思考与讨论.a(b)a(b)c(d)c(d)O OB B新知探究新知探究令e e为电动势在时刻为电动势在时刻t t的瞬时值，
8、的瞬时值，E Em m为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）以线圈经过中性面开始计时，在时刻以线圈经过中性面开始计时，在时刻t t线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势.a(b)a(b)c(d)c(d)=t=t（abab和和cdcd边切割磁感线）边切割磁感线）sinBLvesinNBLvetNBLvesin2tLNBesinsin2NBLvetNBLvesin2v=rtNBesinSv=SEmNBtesin则有 新知探究新知探究（1）电动势按正弦规律变化：（2）电流按正弦规律变化：（3）电路上的电压按正弦规律变化：电流：成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时tesintsinu
9、UtsiniIiRu tsinuU通过R时：新知探究新知探究eBA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)立体图平面图 电电流流方方向向e最大最大最大最大00无无无无DCBADABCDA0无无oT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt t新知探究新知探究abcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB新知探究新知探究EmeOtiOtuOtImUm新知探究新知探究正余弦交流电产生条件:匀强磁场、转轴必须和磁场垂直匀速转动、E感感的值与线圈的形状和转轴的位置没有关系：的值与线圈
10、的形状和转轴的位置没有关系：E=NBS思考思考:下列四个线圈中能产生感应电流的是哪几个？下列四个线圈中能产生感应电流的是哪几个？B新知探究新知探究若从中性面开始计时，电流按 规律变化，若从极值面开始计时,则按 规律变化tItI正弦余弦若从任一时刻开始计时,则按 规律变化tI非弦思考：思考：新知探究新知探究思考判断：思考判断：(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。()(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。()(3)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量线圈在通过垂直中性面的平面时电流最
11、大，但磁通量为零。为零。()(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。()新知应用新知应用 正弦式电流是最简单、最基正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。电力系统中应用本的交变电流。电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。术中也常遇到其他形式的交流。新知探究新知探究交流发电机的基本结构交流发电机的基本结构新知探究新知探究线圈线圈（叫电枢）（叫电枢）产生产生感应电动势感应电动势磁极磁极产生磁场产生磁场1.1.基本组成基本组成2.2.基本种类基本种类旋转电枢式旋转电枢式电枢动电枢动，磁极不动，磁极不动
12、旋转磁极式旋转磁极式磁极动磁极动，电枢不动，电枢不动 无论哪种发电机，转动的部分叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部分叫，不动的部分叫定子定子。新知探究新知探究旋转电枢式的缺点：旋转电枢式的缺点：旋转磁极式的优点：旋转磁极式的优点：电压高会火花放电、电枢无法做大电压高会火花放电、电枢无法做大高电压、高功率输出高电压、高功率输出3.3.两种发电机的比较两种发电机的比较新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究例1:1:一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为E Em m=400V=400V，线圈匀速转动的角速度为=314rad/s=314rad/s，
13、试写出电动势瞬时值的表达式？如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为20002000，内电阻不计。电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。新知应用新知应用例例2 2：如图所示，一半径为如图所示，一半径为r r10 cm 10 cm 的圆形线圈共的圆形线圈共100100匝，在磁感应强度匝，在磁感应强度B=5/B=5/2 2，的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴线的中心轴线 OOOO以以n n600 r/min 600 r/min 的转速匀速转动，的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时求当线圈转至中性面位置时开始计时求(1)(1)电动势的瞬时值表达式
14、电动势的瞬时值表达式(2)(2)线圈从图示位置经线圈从图示位置经1/60s1/60s时的电动势的瞬时值时的电动势的瞬时值(3)(3)线圈从图示位置经线圈从图示位置经T T/6/6时的电动势的瞬时值时的电动势的瞬时值解：解：（1）eEmsin t2n20 rad/se(2)当当t1/60 s时，时，Em=NBS=100Ve100sin20(1/60)V 50 V100sin 20t(V)(3)当当tT/6s时，时，e100sin20(1/6)V 50 V新知应用新知应用3 3、交变电流的变化规律、交变电流的变化规律e=Emsin t感应电动势：感应电动势：（E Em m为峰值，为峰值，E Em
15、m=NBS=NBS）路端电压：路端电压：电路中的电流：电路中的电流：u=Umsin ti=Ii=Im msinsin t t4 4、交流发电机、交流发电机1 1、交变电流、交变电流交流电：交流电：大小和大小和方向方向都随时间做周期性变化都随时间做周期性变化直流电：直流电：2 2、交变电流的产生、交变电流的产生线圈旋转过程中线圈旋转过程中只有只有ABAB和和CDCD边在做切割磁感线边在做切割磁感线的运动，产生的运动，产生E E感感线圈每转动线圈每转动一周一周，两次经过中性面两次经过中性面，交流电的，交流电的方向改变两次方向改变两次。中性面：与磁场垂直的平面中性面：与磁场垂直的平面 特点：磁通量最
16、大，特点：磁通量最大，E E感感=0=0，I I感感=0=0。与中性面垂直的平面：与中性面垂直的平面：磁通量为磁通量为0 0，E E感感最大，最大，I I感感最大。最大。课堂小结课堂小结、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做线圈中没有感应电流，这样的位置叫做线圈平面每线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变周，感应电流方向改变、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向、交流电的产生：矩形线
17、圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生、交变电流：、交变电流：和和都随时间做都随时间做 的电流的电流叫做交变电流电压和电流随时间按叫做交变电流电压和电流随时间按 变化的交流电叫变化的交流电叫正弦交流电正弦交流电 新知巩固新知巩固、线圈从中性面开始转动，角速度是、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应，线圈中的感应电动势的峰值是电动势的峰值是E Em m，那么在任一时刻，那么在任一时刻t t感应电动势的瞬时值感应电动势的瞬时值e e为为若线圈电阻为，则感应电流的瞬若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为时值为 0E Em-E-Emt新知
18、巩固新知巩固、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即、其中转动其中转动的部分叫的部分叫，不动的部分叫，不动的部分叫发电机转子是由发电机转子是由 、或其它动力机带动或其它动力机带动旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋转电枢式转子转子定子定子水轮机水轮机蒸汽轮机蒸汽轮机新知巩固新知巩固6 6、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小et0t1t2t3t4Em-
19、EmCD新知巩固新知巩固拓展延伸：拓展延伸：产生正弦交流电不一定是产生正弦交流电不一定是矩形线圈矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生向的轴匀速转动才能产生金属棒金属棒在平行于磁场方向的导轨上作圆周运动切割磁感线，也在平行于磁场方向的导轨上作圆周运动切割磁感线，也能产生正弦式交流电能产生正弦式交流电即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴只要是绕称轴只要是绕垂直于磁场方向的轴垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的，无论什么形状的闭合线圈闭合线圈，产，产生的感应电流仍是正弦式交流电生的感应电流仍是正弦式交流电新知巩固新知巩固人教版高中物理选修二 课程结束课程结束人教版高中物理选修二
