3. 交變電流（課件）同步備課（人版選擇性必修第二冊(cè)）

1、情景引入人教版2019版選擇性必修第二冊(cè)第三章 交變電流3.1 交變電流思考：當(dāng)線框快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觀察到什么現(xiàn)象?二極管交替閃爍一、交變電流與直流電交變電流：大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流(1、2) 直流電：方向不隨時(shí)間變化的電流（3） 恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流（4）思考討論手搖發(fā)電機(jī)為什么會(huì)產(chǎn)生交變電流？交流發(fā)電機(jī)的工作原理將手搖式發(fā)電機(jī)與定值電阻、電流表串聯(lián)。讓線框從如圖所示的中性面開(kāi)始沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；觀察：電流表的示數(shù)將發(fā)生怎么樣的變化。簡(jiǎn)化圖思考討論二.交變電流的產(chǎn)生線圈在甲圖位置是否有感應(yīng)電流？線圈在乙圖位置是否有感應(yīng)電流？在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，AB邊中電流向

2、哪個(gè)方向流動(dòng)？由BA二.交變電流的產(chǎn)生線圈在丙圖位置是否有感應(yīng)電流？線圈在丁圖位置是否有感應(yīng)電流？在線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？由AB二.交變電流的產(chǎn)生思考：線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流？轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中電流最大？二.交變電流的產(chǎn)生中性面：與磁感線垂直的平面線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，感應(yīng)電流為零線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次，交流電方向改變一次，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周（交流電的一個(gè)周期） ，兩次經(jīng)過(guò)中性面，交流電的方向改變兩次。二.交變電流的產(chǎn)生中性面的垂面線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，感應(yīng)電流最大思考：?jiǎn)卧丫€圈經(jīng)過(guò)中性面的

3、垂面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多大？二.交變電流的產(chǎn)生總結(jié)：（1）手搖式發(fā)電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)二極管交替閃爍。（2）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。二.交變電流的產(chǎn)生總結(jié)：（3）兩個(gè)特殊位置的各物理量有如下特征。設(shè)線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是經(jīng)過(guò)時(shí)間t，AB、CD寬L1，AD、BC長(zhǎng)L2 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B.BvA(B)D(C)t=0v11v中性面線圈與中性面的夾角是多少？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(dòng)勢(shì)多大？線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？二.交變電流的產(chǎn)生 若為N匝線圈，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？二.交變電流的產(chǎn)生思考：能否通過(guò)法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算線圈在任意位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？任

4、意時(shí)刻t的磁通量：法拉第電磁感應(yīng)定律：BA(B)D(C)t=0中性面二.交變電流的產(chǎn)生思考1：如果從中性面的垂面開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈在任意位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又怎么表示？BA(B)D(C)t=030思考2：如果計(jì)時(shí)零時(shí)刻線圈較中性面已轉(zhuǎn)過(guò)30度角，線圈在任意位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又怎么表示？t=0三.交變電流的變化規(guī)律矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的交變電流按照正弦函數(shù)的規(guī)律變化正弦式交流電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式（中性面計(jì)時(shí)）：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值：三.交變電流的變化規(guī)律思考：若該線圈給外電阻R供電，設(shè)線圈本身電阻為r，則負(fù)載兩端的電壓u、流過(guò)的電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律是怎樣的？流過(guò)負(fù)載的電流

5、：負(fù)載兩端電壓：三.交變電流的變化規(guī)律正弦式交變電流的圖像（中性面計(jì)時(shí)）三.交變電流的變化規(guī)律不同形式的交流電四.交變發(fā)電機(jī)了解：交流發(fā)電機(jī)的分類？旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式：旋轉(zhuǎn)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極不動(dòng)的發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)磁極式：如果磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞不動(dòng)。四.交變發(fā)電機(jī)三峽電站一臺(tái)正在吊裝的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子ABCD線圈（電樞）K、L圓環(huán)E 、F電刷四.交變發(fā)電機(jī)說(shuō)明：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的區(qū)別旋轉(zhuǎn)電樞式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流，經(jīng)過(guò)裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，如果電壓很高，可能發(fā)生火花放電，滑環(huán)和電刷很快會(huì)燒壞。同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞無(wú)法做得很大，線圈匝數(shù)也不可能很多，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

6、也不能很高。這種發(fā)電機(jī)輸出的電壓一般不超過(guò)500 V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾萬(wàn)伏的電壓，輸出功率可達(dá)幾百兆瓦。所以，大多數(shù)發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)磁極式的。四.交變發(fā)電機(jī)概念：轉(zhuǎn)子定子的概念不論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分都叫轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分都叫定子；所以，旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是電樞，定子是磁極；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是磁極，定子是電樞。課堂鞏固例1(多選)關(guān)于交變電流和直流電的說(shuō)法中，正確的是()A如果電流大小做周期性變化，則一定是交變電流B直流電的大小可以變化，但方向一定不變C交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的D交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性的變

7、化【答案】BD【解析】直流電的特征是電流方向不變，交流電的特征是電流方向周期性改變。另外交變電流不一定都是正弦式電流或余弦式電流。故A、C錯(cuò)誤，B、D正確。課堂鞏固例2(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是()A當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零C每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流方向就改變一次D線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊不切割磁感線課堂鞏固【答案】CD【解析】線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，

8、所以此時(shí)電動(dòng)勢(shì)等于零，穿過(guò)線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向在此時(shí)刻變化。垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為零，切割磁感線的兩邊的速度與磁感線垂直，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大。故C、D正確。課堂鞏固例3(多選)如圖所示，形狀或轉(zhuǎn)軸位置不同，但面積均為S的單匝線圈處在同一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則下列說(shuō)法正確的是()A感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值相同B感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值不同C感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值、瞬時(shí)值都不同D感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值、瞬時(shí)值都相同課堂鞏固【答案】AD【解析】根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生可知，只要導(dǎo)

9、線框的面積相同、匝數(shù)相同、以相同的角速度在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBS都相同；由于導(dǎo)線框都是從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式均為：eEmsint，故說(shuō)明四個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值及瞬時(shí)值均相同，故A、D正確。課堂鞏固例4(多選)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為e10sin20t(V)，則下列說(shuō)法正確的是()At0時(shí)，線圈平面位于中性面Bt0時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大Ct0時(shí)，線圈切割磁感線的有效速率最大Dt0.4 s時(shí)，e有最大值10 V課堂鞏固【答案】AB【解析】由電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式可知計(jì)時(shí)從線圈位于中性面時(shí)開(kāi)始，所以t0時(shí)，線圈平面位

10、于中性面，磁通量最大，但此時(shí)線圈速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速率為零，A、B正確，C錯(cuò)誤。當(dāng)t0.4 s時(shí)，e10sin20t10sin(200.4) V0，D錯(cuò)誤。課堂鞏固例5、一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是()【答案】B【解析】t0時(shí)刻，最大，線圈是在中性面位置，A錯(cuò)誤；t0.01 s時(shí)，0，線圈是在線圈平面與磁場(chǎng)平行的位置，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，的變化率最大，B正確；t0.02 s時(shí)刻，線圈在中性面位置，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，C錯(cuò)誤；t0.03 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，D錯(cuò)誤。課堂鞏固例6、關(guān)于交流發(fā)電機(jī)以下

11、說(shuō)法正確的是：（ ）A.常見(jiàn)的交流發(fā)電機(jī)有兩種，一種是旋轉(zhuǎn)電樞式一種是旋轉(zhuǎn)磁極式，其中旋轉(zhuǎn)磁極是交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓一般超過(guò)500V。B.蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)等將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī) 械能轉(zhuǎn)化為電能，輸送給外電路的裝置。C.電樞在不同的發(fā)電機(jī)機(jī)中都稱為“定子”磁極則被稱為“轉(zhuǎn)子”。D.我國(guó)山峽水電站的發(fā)電機(jī)為“旋轉(zhuǎn)電樞”式發(fā)電機(jī)?！敬鸢浮緼B【解析】旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電流，經(jīng)過(guò)裸露的滑環(huán)和電刷引到外電路，如果電壓很高，可 能發(fā)生火花放電，滑環(huán)和電刷很快會(huì)燒壞。同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的 電樞無(wú)法做得很大，線圈匝數(shù)也不可能很多，所以產(chǎn)生的 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不能很高。這種發(fā)電機(jī)輸出的電壓一般不超 過(guò)500 V。旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，能夠產(chǎn)生