交變電流高二下學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第二冊

交變電流

公路旁、曠野上，堅實的鋼架托著、吊著粗大的金屬線，仿佛由天際而來，向天際而去……這些由發(fā)電廠、變電站而來的輸電線，將電能輸送到鄉(xiāng)村、工廠，輸送到千家萬戶。來自發(fā)電廠的電有什么特性？我們怎樣才能更好地利用它？這一章我們就來學(xué)習(xí)與此相關(guān)的內(nèi)容。家庭用電使用220V交流電用示波器或電壓傳感器先觀察電池供給的電壓的波形，再觀察學(xué)生電源交流擋供給的電壓的波形。這兩種波形各有什么特點？這兩種波形各有什么特點？1、直流電(directcurrent，DC):電流方向不隨時間而改變一、直流電電流大小、方向都不變的是恒定電流1、交變電流（alternatingcurrent，AC）：

電壓、電流大小和方向隨時間做周期性變化的電流。二、交變電流：注：交流電可以大小和方向都周期性變；

也可以是大小不變，方向周期性變。2、正弦交流電:

電流的大小和方向都隨時間按正弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流。ti0（正弦交流電是一種最簡單、最基本的交流電)

把兩個發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管“并聯(lián)”，注意使兩者正、負(fù)極的方向不同，然后連接到教學(xué)用發(fā)電機的兩端。轉(zhuǎn)動手柄，兩個磁極之間的線圈隨著轉(zhuǎn)動。觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況。說明：發(fā)電機產(chǎn)生的電流方向在不斷變化，是交流電。現(xiàn)象：兩個二極管會交替發(fā)光思考：手搖發(fā)電機勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電流可以看成是正弦交流電，它是如何產(chǎn)生的？三、正弦交流電的產(chǎn)生1、發(fā)電機的結(jié)構(gòu)線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上；電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。KDCABNS磁極線圈磁極滑環(huán)電刷OO，F(xiàn)EL假定線圈在勻強磁場中繞軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，則：在線圈轉(zhuǎn)動的過程中，哪些邊會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢？只有AB和CD邊在做切割磁感線的運動。而BC和AD邊總是沿磁場方向運動。ABCDv問題:此圖線圈在磁場中繞軸轉(zhuǎn)動時,哪些邊切割磁感線?v∥B，沒有邊切割磁感線。（1）起始位置特點：1、B⊥S，φ最大

2、沒有切割，E=0，I=0

此時位置稱之為--中性面

B⊥S，φ最大E=0，I=02、交變電流的產(chǎn)生甲A(B)D(C)乙ABCD（2）向左轉(zhuǎn)過90度a（b）、d（c）邊垂直切割磁感應(yīng)線特點：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，

E最大，I最大2.感應(yīng)電流方向DCBAB∥S，φ=0ABCDD(C)A(B)B（3）轉(zhuǎn)過180度v∥B，沒有邊切割磁感線。特點：B⊥S，φ最大沒有切割，E=0，I=0此時位置稱之為--中性面B⊥S，φ最大，E=0B⊥S，φ最大丙ABCDD(C)A(B)B（4）轉(zhuǎn)過270度特點：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，a（b）、d（c）邊垂直切割磁感應(yīng)線E最大，I最大2.感應(yīng)電流方向ABCDB∥S，φ=0丁E=0、I=0×?電流：B→A→D→C→B×?I電流：C→D→A→B→CI電流方向具有周期性變化的特點，是交流電。中性面的特點1.線圈平面與磁場垂直(B⊥S)，速度方向與磁場方向平行(B//v)2.磁通量:3.感應(yīng)電動勢:5.感應(yīng)電流:4.磁通量的變化率:Φ=BS最大E=0?Φ/?t=0I=03、中性面垂直中性面的特點1.線圈平面與磁場平行(B//S)，速度方向與磁場方向垂直(B⊥v)2.磁通量:

3.感應(yīng)電動勢:5.感應(yīng)電流:4.磁通量的變化率:Φ=0E=BLv最大?Φ/?t最大I最大特別提醒：線圈經(jīng)過中性面時，電流將改變方向，線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面，電流方向改變兩次。

線圈處在磁感應(yīng)強度是B

的勻強磁場中，AB、CD寬l，AD、BC長d

，線圈平面從中性面沿逆時針方向開始轉(zhuǎn)動，角速度是ω．經(jīng)過時間t，推導(dǎo)此時線圈中產(chǎn)生瞬時感應(yīng)電動勢.BvA(B)D(C)t=0θ1.線圈與中性面的夾角是多少？2.AB邊的速度多大？3.AB邊速度方向與磁場方向夾角是多大？θ4.AB邊中的感應(yīng)電動勢多大？5.線圈中的感應(yīng)電動勢多大？BvA(B)D(C)t=0θθAB、CD等效為兩個串聯(lián)的電源v11v⊥感應(yīng)電動勢的最大值為S為線框的面積，N為線圈的匝數(shù)線框的的電動勢的變化規(guī)律為（從中性面開始計時）按正弦規(guī)律變化思考：如果從中性面的垂面開始計時，經(jīng)時間t，線圈中的感應(yīng)電動勢又

會是多少呢？

線圈與中性面垂面的夾角是多少？AB邊的速度多大？AB邊切割磁感線的有效速度多大？AB邊中的感應(yīng)電動勢多大？線圈中的感應(yīng)電動勢多大？⑥若為N匝線圈，則感應(yīng)電動勢多大？

按余弦規(guī)律變化1、從中性面開始計時：四、正弦交變電流的變化規(guī)律（2）經(jīng)過中性面垂面時電動勢最大（1）電動勢按正弦規(guī)律變化（3）電流按正弦規(guī)律變化

（4）圖像

按余弦規(guī)律變化想一想：磁通量是按什么規(guī)律變化的？2、從中性面的垂面開始計時：（2）經(jīng)過中性面垂面時電動勢最大（1）電動勢按余弦規(guī)律變化（3）電流按余弦規(guī)律變化（4）圖像

磁通量按正弦規(guī)律變化3、正弦式交流電：電流大小隨時間按正弦（或余弦）規(guī)律變化的交流電。按正弦（或余弦）規(guī)律變化僅僅只是計時起點的選擇不同，并沒有本質(zhì)區(qū)別，因此統(tǒng)一叫作正弦式交流電。1、交流發(fā)電機基本組成部分。電樞：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈；磁體：產(chǎn)生磁場的磁體2、交流發(fā)電機的種類基本類型特點轉(zhuǎn)子定子旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式磁極轉(zhuǎn)動，電樞不動電樞轉(zhuǎn)動，磁極不動線圈磁極磁極線圈五、發(fā)電機與電動機中的能量轉(zhuǎn)化（一）發(fā)電機3、能量轉(zhuǎn)化：把機械能轉(zhuǎn)化為電能4、發(fā)電方式:火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、核能發(fā)電等。（二）電動機1、能量轉(zhuǎn)化:將電能轉(zhuǎn)化為機械能2、優(yōu)點:高效易控、清潔無污染等。鞏固提升1、(多選)下圖所示圖像中屬于交變電流的有(

)答案:ABC解析:根據(jù)交變電流的定義分析,是否屬于交變電流關(guān)鍵是看電流方向是否發(fā)生變化,而不是看大小。此題根據(jù)圖像判斷是否屬于交變電流,意在提高學(xué)生的辨析能力,培養(yǎng)物理觀念核心素養(yǎng)。2、對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變化的圖像，下列描述正確的是（）A．電流的大小變化，方向不變，不是交變電流 B．電流的大小不變，方向變化，是交變電流C．電流的大小和方向都變化，是交變電流 D．電流的大小和方向都不變，是直流電A3、一矩形線圈ABCD在勻強磁場中繞其中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動時，就會在線圈中形成交變電流。下列說法錯誤的是（）A．線圈經(jīng)過甲圖位置時，穿過線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的電流也最大B．線圈