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1、3.1交交变电变电流流人教版（2019）物理选择性必修第二册新课引入演示：观察演示：观察直流电和交变电流的波形图直流电和交变电流的波形图【演示实验】用示波器或电压传感器先观察用干电池供电时电压的波形，再观察用学生电源交流挡供电时电压的波形。这两种波形各有什么特点呢？在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图，从波形图上可以很清楚地看到电流的大小和方向的变化，我们把电压、电流的大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。本节课我们主要学习正弦式交变电流。二、交变电流的产生【演示实验】把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然
2、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。观察发光二极管的发光情况。实验现象说明了什么？【实验现象】两个二极管交替发光。说明：线圈中产生了交变电流。观察下图，图为交流发电机的结构示意图：交流发电机交流发电机二、交变电流的产生二、交变电流的产生矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动二、交变电流的产生二、交变电流的产生思考：为什么思考：为什么会产生电流？会产生电流？二、交变电流的产生二、交变电流的产生当线圈当线圈在磁场中在磁场中绕轴绕轴转动时，哪些边切割转动时，哪些边切割磁感线？磁感线？思考：思考：线圈线圈由甲转到乙，由乙转到丙，由
3、丙转到丁，由丁转到甲由甲转到乙，由乙转到丙，由丙转到丁，由丁转到甲的过程中电流大小变化吗？若变，如何变？的过程中电流大小变化吗？若变，如何变？二、交变电流的产生二、交变电流的产生I=0I方向：方向：dcbadI=0I方向：方向：abcda二、交变电流的产生二、交变电流的产生中性面中性面：线圈通过中性面瞬间不切割不切割磁感线，感应电动势、感应电流为零为零。每当线圈经过中性面一次，感应电流方向就改变改变一次一次。但线圈中的电动势为零(V/B)。中性面位置磁通量最大磁通量最大，磁通量的变化率等于变化率等于。线圈平面与磁感线垂直的位置特点：特点：BS最大最大E=0=0I=0=0中性面中性面垂直磁场方向
4、的平面叫做垂直磁场方向的平面叫做中性面。中性面。线圈经过线圈经过中性面中性面时，时，最大最大，但线圈中的，但线圈中的电动势电动势为零为零(V(V/B)B)。中性面特征分析中性面特征分析NSSNNSVVabcdad判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？BS=0=0E E最大最大I I最大最大感应电流方向感应电流方向B到到A线圈与磁场平行时，线圈与磁场平行时，最小最小，但线圈中的，但线圈中的电电动势最大动势最大(VB)。判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？NSSNBS最大最大E=0I=0中性面中性面BS=0E、I最大最大
5、感应电流方向感应电流方向A到到BV V/B BVB在线圈由甲转到乙的过程中，在线圈由甲转到乙的过程中，ABAB边中电流向哪个方向流边中电流向哪个方向流动？动？丙转到丁呢？丙转到丁呢？由由abab由由baba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?思考与讨论.a(b)a(b)c(d)c(d)O O 1.中性面中性面：垂直磁场方向的平面垂直磁场方向的平面（1）线线圈圈经经过过中中性性面面时时，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大=BS，但但/t=0最最小小，（ab和和cd边边都都不不切切割割磁磁感感线线），线圈中的感应线圈中的感应电动
6、势为零电动势为零（2）线线圈圈经经过过中中性性面面时时，电电流流将将改改变变方方向向，线线圈圈转转动动一一周周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两次两次2.线线圈圈平平行行与与磁磁感感线线时时，=0,/t最最大大，感感应应电电动动势势最大最大。以以线线圈圈经经过过中中性性面面开开始始计计时时，切切割割边边L，另另一一边边d,推推导导任任意意时时刻刻t线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势则有 e为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）NBS三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 1、电动势按正弦规律变化2
7、、电流按正弦规律变化 3、电压按正弦规律变化 电流i通过R时：4.成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时6、交变电流的变化规律从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式【课堂检测】1(多选)一矩形闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面通过中性面时()A线圈平面与磁感线垂直，此时通过线圈的磁通量最大B通过线圈磁通量的变化率达最大值C线圈中感应电流为零D此位置前后的感应电流方向相反AC2.已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法正确的是()甲乙At0时刻线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻的变化率达最大Ct0.02 s时刻感
8、应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示B3、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时(）A线圈平面与磁感线方向平行 B通过线圈的磁通量达到最大值C通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D线圈中的电动势达到最大值B4一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（）At1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大Bt1、t3时刻线圈中感应电流方向改变Ct2、t4时刻线圈中磁通量最大Dt2、t4时刻线圈中感应电动势最小B5如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向
9、的转轴OO以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在这段时间内（）A线圈中的感应电流一直在减小B线圈中的感应电流先增大后减小C穿过线圈的磁通量一直在减小D穿过线圈的磁通量的变化率先减小后增大B6如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是（）A线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图示位置ab边的感应电流方向为abD线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零C7有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1，线框绕OO轴以10rad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。问：
10、（1）该线框产生的交变电动势最大值、电流最大值分别是多少？（2）线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？（3）写出感应电动势的瞬时值表达式。（1）6.28V6.28A（2）5.44V（3）e=6.28sin10tV8关于交变电流的产生和变化规律，下列说法中正确的是（）A周期性变化的电流叫作交变电流B交流发电机线圈中磁通量最大时，感应电动势也最大C当线圈平面与磁感线平行时，线圈中的感应电动势一定为零D交变电流一定按正弦规律变化E线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动就可以产生正弦式交变电流E9如图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度匀速转动，能产生正
11、弦交变电动势e=BSsint的图是（）AC10一个匝数N=100匝的线圈所包围的面积S=0.02m2，在匀强磁场B=0.5T中绕垂直于磁感线的轴以角速度=100rad/s匀速转动时，在线圈中产生交流电，若自线圈通过中性面时开始计时，那么在图中能够反映线圈中感应电动势随时间变化的图像可能是（）BD一、交变电流的变化规律e=Emsinwt感应电动势：（Em为峰值，Em=NBSw）路端电压：电路中的电流：u=Umsinwti=Imsinwt线圈（叫电枢）产生感应电动势磁极产生磁场基本组成基本种类旋转电枢式电枢动，磁极不动旋转磁极式磁极动，电枢不动二、交流发电机无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。课堂小结 发电机是将机械能转化成电能的装置。