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(共38张PPT)
第三章 交变电流
1 交变电流　
CONTENTS
01
交变电流
02
交变电流的产生
03
交变电流的变化规律
04
目录
典型例题
交流发电机
学习目标
1.学生通过实验认识交变电流，知道交变电流和直流电的区别。
2.分析矩形线圈转动过程中电动势和电流方向的变化，了解交变电流的产生过程，了解中性面、峰值面的含义和特点；
3.经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流的方向和大小的规律的过程，体会建立模型与推理分析的思维方法。
4.了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能产生的形式不同。
用示波器显示的电压的波形，观察学生电源供给的小灯泡的发光及电流表偏转情况,示波器波形有什么特点，直流电灯泡和电流有什么特点。
情景导引：观察交变电流的方向
2.交变电流（AC）:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。
3.直流电（DC） ：方向不随时间变化的电流
0
i
t
恒定直流
0
i
t
脉动直流电
交变电流与直流电的概念
4.说明：
（1）方向呈周期性变化是判断交流的标准。
（大小不变，方向改变的电流也是交流）
（2）交变电流经电子电路处理后可变成直流。
（3）直流
恒定电流：大小和方向不随时间变化的电流
脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流
1.波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随时间变化的图像。
5、几种常见的交变电流的种类
(1)正弦式交流电
(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
巩固新知
1.如图所示，属于交流电的是(　　)
C
讨论：线圈转动的过程中，小灯泡发光说明了什么？
实验一：用手摇发电机对小灯泡供电
实验现象：小灯泡一闪一闪地发光
探究一：小灯泡为什么一闪一闪的发光？
实验二、用手摇发电机对并联的反向的发光二极管供电
G
手摇电动机
观察交变电流的方向
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，然后连接到教学用发电机的两端（图 3.1-2）。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？
现象：两个二极管会交替发光
说明：发电机产生的交流电电流大小和方向在不断变化。
观看慢放镜头思考：
那个位置电流最大？那个位置电流最小？那个位置方向发生改变？
发电机的基本构造
线圈：转轴垂直于磁场方向
磁极：磁极间形成匀强磁场
K、L——圆环
E、F——电刷
｝
保持线圈与外电路持续连接
二、交变电流的产生
B
思考：当线圈转动时电流大小会不会发生变化？电流方向是否改变呢？
A
B
C
D
v
问题:当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线
v∥B，没有边切割磁感线。
1.起始位置
特点：1.B⊥S，φ最大
2.没有切割，E=0，I=0
此时位置称之为--中性面
B⊥S，φ最大
E=0，I=0
二、交变电流的产生
甲
A(B)
D(C)
乙
A
B
C
D
2.向左转过90度
A（B）、D（C）边垂直切割磁感应线，
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
E最大，I最大
2.感应电流方向DCBA
B∥S，φ=0
二、交变电流的产生
A
B
C
D
D(C)
A(B)
B
3.转过180度
v∥B，没有边切割磁感线。
特点：B⊥S，φ最大
没有切割，E=0，I=0
此时位置称之为--中性面
B⊥S，φ最大，E=0
B⊥S，φ最大
丙
二、交变电流的产生
A
B
C
D
D(C)
A(B)
B
4.转过270度
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
A（B）、D（C）边垂直切割磁感应线，
E最大，I最大
2.感应电流方向ABCD
B∥S，φ=0
二、交变电流的产生
丁
二、交变电流的产生
感应电流方向DCBA
感应电流方向ABCD
1.B⊥S，φ最大
2.没有切割B，E=0，I=0
3.此位置称为--中性面
1.B∥S，φ=0，
2.垂直切割B,E最大I最大
3. 此位置称为--峰值面
1.B⊥S，φ最大
2.没有切割B，E=0，I=0
3.此位置称为--中性面
1.B∥S，φ=0，
2.垂直切割B,E最大I最大
3. 此位置称为--峰值面
二、交变电流的产生
结论:
1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）穿过线圈的磁通量φ=BS最大，但=0最小，线圈中的感应电动势为零．
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
2.峰值面：平行于磁感线的的平面。
φ=0,最大，感应电动势最大。
如果将图中的线圈abcd换为三角形，轴OO′也不在中心位置，其他条件不变，还能产生交变电流吗？
能，因为图中产生交变电流的关键因素是轴垂直于磁感线，线圈闭合，对轴的位置和线圈形状没有特定要求.
如图中哪些情况线圈中产生了交变电流(　　 )
轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求
BCD
例：矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，正确的是(　　)
A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
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.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
√
√
E=0
平行面
演示：交变电流的变化图像
新课讲授
三、交变电流的变化规律
1.交变电流的瞬时值表达式推导
线圈平面从中性面开始转动，如图所示，则经过时间t：
(1)线圈转过的角度为ωt.
(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ＝ .
(3)ab边转动的线速度大小：
v＝ .
(4)ab边产生的感应电动势(设线圈面积为S)
Eab＝BLabvsin θ＝ (写出φ-t表达式)
ωt
注意初始位置在哪
(5)整个线圈产生的感应电动势：
e＝2eab＝ .
若线圈为n匝，则e＝ .
由上式可以看出，其感应电动势的大小和方向都随时间t做周期性变化，即线圈中的交变电流按 规律变化，这种交变电流叫做正弦式交变电流.
2.正弦式交变电流的瞬时值表达式
e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt
其中Em＝nBSω为最大值，也叫峰值.
正弦函数
BSωsin ωt
nBSωsin ωt
交变电流的变化规律图像
新课讲授
以上表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立
磁通量电动势都是标量，大小看绝对值
交变电流的图像
　 规律 物理量　 函数表达式 图象
磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt
电压 u＝Umsin ωt＝ sin ωt
电流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt
（从中性面计时）
正弦式交变电流瞬时值表达式
（每一个时刻电动势都有唯一值与其对应）
思考：
（3）试写出电流的瞬时值表达式？
（1）如果从平行面开始计时，表达式会有何变化？
（2）电动势的最大值（峰值）是多少？
（4）试写出磁通量的瞬时值表达式？
例：(多选)单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动的过程中，穿过线框的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是
A.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
B.当穿过线框的磁通量减小时，线框中的感应电动势在增大
C.当穿过线框的磁通量等于 时，线框中的感应电动势为
D.线框转动的角速度为
√
√
平行面
直接公式计算
四、交流发电机
五、课堂小结
1、交变电流
2、交变电流的产生
3、交变电流的变化规律及图像
4、交流发电机
例 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势随时间变化的图象如图所示，则
A.t1、t3时刻线圈平面处于中性面位置
B.t2、t4时刻通过线圈的磁通量最大
C.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
D.t2、t4时刻线圈平面与中性面平行
√
t1、t3时刻感应电动势为零，磁通量变化率为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置
t2、t4时刻感应电动势最大，磁通量变化率最大，通过线圈的磁通量为零，线圈平面与中性面垂直 平行面
例有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/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：
（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）6.28V　6.28A
（2）5.44V
（3）e=6.28sin10πtV
例　如图所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图象中可能正确的是
√
1.右手定则判断电流方向为b到a
2.切割速度（与B垂直的V）大小判断E大小即I大小
例：如图甲为风速仪的结构示意图.在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动，线圈产生的电流随时间变化的关系如图乙所示.若风速减小到原来的一半，则电流随时间变化的关系图可能是
√
电流变为原来一半 周期变为原来两倍
例：如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连.M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连.在线圈转动过程中，通过电阻R的电流
A.大小和方向都随时间做周期性变化
B.大小和方向都不随时间做周期性变化
C.大小不断变化，方向总是P→R→Q
D.大小不断变化，方向总是Q→R→P
√
半圆环交替接触电刷，从而使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型
例：在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合.线圈平面与磁场方向垂直.从t＝0时刻起，线圈以恒定角速度ω＝ 绕cd边沿如图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t＝0到t＝T时间内，线圈中的电流i随时间t变化关系图象为
√
1.右手定则判断电流方向为b到a
2.进出磁场为临界位置
谢谢各位聆听！

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