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(共41张PPT)
3.1 交变电流
高中物理选择性必修第二册课件
主讲老师：xxx
高中物理选择性必修第二册
交变电流
交变电流的产生
变化规律
交流发电机
新课引入
01.
当你凝视跳动的灯丝，是否听见导线中流淌的正弦诗篇？交变电流以50赫兹的频率，在磁场与导体的缠绵中诞生，用周期性振荡编织能量的经纬。从法拉第电磁感应的灵光，到特斯拉线圈迸射的电弧，人类将磁生电的奥秘化作驱动时代的脉搏。它穿越变压器的铁芯，跨越千山万水；它点亮万家灯火，托起工业文明的齿轮。这不仅是方向与大小交替的物理量，更是科学与智慧共谱的协奏曲。让我们循着示波器上的波形，解码电磁交响的密码，感受每一道电流背后跃动的宇宙法则。
问题？
01.
高中物理选择性必修第二册
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？
交变电流
第一部分
交变电流
01.
高中物理选择性必修第二册
2.直流：方向不随时间变化的电流叫做直流电，简称直流（DC）。
3.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称交流（AC）。
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。
i
t
O
几点说明
02.
高中物理选择性必修第二册
0
i
t
脉动直流电
1.方向呈周期性变化是判断交流的标准。
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
大小不变，方向改变的电流也是交流
i
t
O
演示：观察交变电流的方向
03.
高中物理选择性必修第二册
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。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？
G
手摇电动机
交变电流
的产生
第二部分
交流发电机的基本构造
02.
高中物理选择性必修第二册
1.定子：不动的部分叫定子-- 磁极
2.转子：转动的部分叫转子-- 电枢
3.滑环：K、L
4.电刷：E、F
K
L
E
F
交变电流的产生
03.
高中物理选择性必修第二册
AB边和CD边切割磁感线
侧视图
最大
最大
最大
最大
最大
最大
思考与讨论1
05.
高中物理选择性必修第二册
1.线圈转到甲、丙位置时，磁通量有什么特点？
2.AB棒速度方向与磁场方向是什么关系？
3.此时的感应电动势多大？
4.磁通量的变化率有什么特点？
甲
丙
中性面的特点06.高中物理选择性必修第二册1.中性面：垂直于磁场方向的平面B⊥S2.磁通量最大，Φ=Φmax=BS3.速度方向与磁场平行，不切割磁感线，E=0，I=04.磁通量的变化率为零5.每当线圈经过中性面一次，感应电流方向就改变一次
高中物理选择性必修第二册
思考与讨论2
07.
1.线圈转到乙、丁位置时，磁通量有什么特点？
2.AB棒速度方向与磁场方向是什么关系？
3.此时的感应电动势多大？
4.磁通量的变化率有什么特点？
乙
丁
与中性面垂直的面的特点
08.
高中物理选择性必修第二册
1.与中性面垂直的面，B//S
4.磁通量最小，Φ=0
3.速度方向与磁场垂直，感应电动势最大，电流最大
2.磁场的变化率最大
5.线圈经过此位置，感应电流方向不发生改变
感应电流随时间变化的图像
09.
高中物理选择性必修第二册
i
t
O
甲
甲
乙
丙
丁
乙
规定一个正方向，画出线圈在甲乙丙丁四个不同位置时对应电流的大小，大致画出电流的变化图像，看看图像的形状，猜测一下可能是什么的函数图像？
实验观察
01.
高中物理选择性必修第二册
交变电流
的变化规律
第三部分
交变电流的变化规律
01.
高中物理选择性必修第二册
线圈处在磁感应强度是 的匀强磁场中，AB、CD宽，AD、BC长 ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是．经过时间，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势.
1.线圈与中性面的夹角是多少？
2.AB边的速度多大？
3.AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
θ
高中物理选择性必修第二册
交变电流的变化规律
02.
4.AB边中的感应电动势多大？
5.线圈中的感应电动势多大？
AB、CD等效为两个串联的电源
θ
切割类
高中物理选择性必修第二册
以线圈经过中性面开始计时
在时刻线圈中的感应电动势（AB和CD边切割磁感线 ）
若为匝线圈：
为电动势的最大值（峰值）
交变电流的变化规律
03.
高中物理选择性必修第二册
1.瞬时电动势随时间变化的规律：
2.负载电压随时间变化的规律：
3.电流随时间变化的规律：
正弦式电流
交变电流的变化规律
04.
高中物理选择性必修第二册
以上表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立
交变电流的变化规律
05.
高中物理选择性必修第二册
1.线圈位于垂直中性面位置时开始计时，则电动势瞬时值为：
2.交流发电机的线圈不一定是矩形。
3.常见的交变电流：
正弦交流电
示波器中的
锯齿波扫描电压
电子计算机中的
矩形脉冲
激光通信中的
尖脉冲
交变电流的变化规律
06.
交流发电机
第四部分
转子与定子的作用
电磁感应原理
交流发电机利用电磁感应原理，通过旋转线圈在磁场中产生交流电。
转子产生旋转磁场，定子线圈切割磁力线，从而产生交流电输出。
三相交流电的产生
通过定子上的三个线圈相位差120度，交流发电机可产生三相交流电。
工作原理
01.
利用风能转动叶片，通过发电机转换为电能，如丹麦的风力发电场。
风力发电机
01
通过太阳能电池板将太阳光能转换为电能，广泛应用于太阳能电站。
太阳能光伏发电机
02
利用水的势能或动能驱动涡轮机发电，如中国的三峡水电站。
水力发电机
03
利用地热能通过热电转换装置产生电能，例如冰岛的地热发电站。
地热发电机
04
按能源分类
02.
交流发电机
03.
高中物理选择性必修第二册
三峡大坝
水力发电机组
高中物理选择性必修第二册
交流发电机
04.
风力发电
风力发电机组
旋转磁场式交流发电机
这种发电机利用旋转的磁场产生交流电，常见于汽车和小型发电站。
线性交流发电机
线性交流发电机通过直线运动产生交流电，常用于特定的低功率应用场合。
同步交流发电机
同步发电机的转速与电网频率同步，广泛应用于大型电力系统中。
按结构特点
05.
总结提升
第四部分
课堂小结
高中物理选择性必修第二册
交变电流：方向随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称交流（AC）。
交变
电流
规律
产生
交流
发电机
中性面：垂直于磁场方向的平面B⊥S
每当线圈经过中性面一次，感应电流方向就改变一次
θ
例题1
例题精选
01.
【参考答案】B
高中物理选择性必修第二册
如图甲所示，由交流发电机、定值电阻、交流电流表A组成的闭合回路，线圈沿逆时针方向转动，图甲所示位置磁感线与线圈平面平行从此刻开始计时，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图乙所示，则（　　）
A．时刻线圈中感应电动势最小
B．时刻线圈中感应电流的方向改变
C．线圈转到图甲所示位置时，线圈中磁通量变化率为零
D．线圈转动到图甲所示位置时，线圈中感应电流方向为
解析
例题解析
02.
高中物理选择性必修第一册
A．根据题图乙，结合交流发电机工作原理可知，在时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，则线圈中产生的感应电动势最大，故A错误；
B．由题图乙可知，在时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面，线圈中感应电流的方向改变，故B正确；
C．线圈转到题图甲所示位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，故C错误；
D．线圈沿逆时针方向转动，根据右手定则判断可知，当线圈转动到题图甲所示位置时，线圈中感应电流方向为，故D错误。故选B。
例题2
例题精选
03.
【参考答案】B
高中物理选择性必修第二册
如图是一款高空风车及其发电模块原理图。在发电期间，发电机线圈ab在某一时刻转至图示位置。则（ ）
A．发电的工作原理是电流的磁效应
B．该时刻线圈b端电势高于a端电势
C．该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也为零
D．风力增大，线圈ab的感应电动势不变
解析
例题解析
04.
高中物理选择性必修第一册
A．高空风车发电的工作原理是电磁感应，故A错误；
B．根据右手定则可知，电流方向沿顺时针方向，则该时刻线圈b端电势高于a端电势，故B正确；
C．该时刻线圈磁通量为0，感应电动势最大，故C错误；
D．风力越大，风车转动的越快，线圈ab转动的角速度越大，根据则感应电动势变大，故D错误；故选B。
例题3
例题精选
05.
高中物理选择性必修第二册
如图是一手摇发电机，其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO'匀速转动，产生随时间变化的感应电动势。已知矩形线圈abcd的匝数为N，边长，。线圈所在处磁感应强度为B。线圈的角速度为。当线圈转动到如图所示位置时，其平面与磁场方向平行。
(1)求线圈转动到如图位置时ab边切割磁感线产生的感应电动势大小并判断ab两端电势的高低；
(2)从线圈处于如图位置开始计时，t时刻线圈转至截面图中虚线所示位置，推导t时刻线圈产生的感应电动势大小为；
解析
例题解析
06.
高中物理选择性必修第一册
（1）ab边切割磁感线产生的电动势
可得B端电势高。
（2）线圈匀速转动过程中，ab，cd边都切割磁感线产生感应电动势，总电动势为两边产生的电动势之和，即，如图经过时间t，ab边绕OO'转过的角度
此时ab边的速度方向如图中所示，v与磁场方向的垂直分量
根据电磁感应定律，在ab边上产生的感应电动势大小为又
由此可得
THANKS
谢谢观看

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