高中物理第三章电磁感应.交变电流课件人教版

12/9/2021
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2．直流与交变电流的对比
按大小和方向的变化规律，可将电流作如下的分类：
直流
恒定电流 非恒定电流
大小、方向均恒定 仅方向恒定
电流、电压随时间按正弦函数规律变化的 正弦式电流
交变电流 交变电流
电流、电压随时间不按正弦函数规律变化 非正弦式电流
的交变电流
12/9/2021
答案：b 12/9/2021 隔直电容器 隔直流、通交流
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2021/12/9
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内容(nèiróng)总结
01 课前 自主(zìzhǔ)梳理。01 课前 自主(zìzhǔ)梳理。03 课后 巩固提升。直流
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12/9/2021
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[课时作业]
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一、交流发电机 1．结构：由固定不动的“ 定子(dìn”gzǐ和) 连续转动的“ 转子(zhu”àn 组zǐ) 成． 2．原理：电磁感应现象，即无论是哪种交流发电机都是由于转子的转动使得穿过线 圈的 磁通量 发生变化，从而在线圈中激发出感应电动势． 3．交流和直流 大小和 方向(fān随gxià时ng)间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流． 方向 不变的电 流叫直流．
解析：此位置没有磁感线穿过线圈，所以磁通量是零，但此时感应电动势和感应电 流都有最大值．
答案：AD 12/9/2021
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4．(多选)关于交变电流的有效值 U 和最大值 Um，下列说法中正确的是( ) A．任何形式的交变电流都具有 U＝U2m的关系 B．只有正弦交变电流才具有 U＝U2m的关系 C．照明电压 220V，动力电压 380 V 指的都是有效值 D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值

弦式电流. 2.表达式：i＝ຫໍສະໝຸດ __Im__si_n_ω__t____
u＝___U_m_s_i_n_ω__t ___ 式中 Im、Um 分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值.
3.周期和频率 (1)交流完成____一__次__周__期__性__变__化______所需的时间叫做交流的__周__期___，通常用 T 表示，它的单位是秒.交流在 1 s 内发生周期性变化的__次__数___，叫做交流的__频__率___， 通常用 f 表示，它的单位是赫兹，简称赫，符号是 Hz. (2)周期和频率的关系为 T＝1f或 f＝T1.
类： (1)旋转电枢式发电机：线圈在磁场中旋转.线圈(电枢)是转子，磁体是定子. (2)旋转磁极式发电机：磁体转动，是转子；线圈不动，是定子. 无论是线圈转动，还是磁体转动，都是转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变 化，在线圈中产生感应电动势.
3.交流发电机的原理 当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变 化，因而在线圈中就产生感应电流.线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了 大小和方向随时间做周期性变化的交变电流.
第3讲 交变电流
[目标定位] 1.了解交变电流是怎样产生的.2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表 示和主要特征物理量.3.知道交变电流能通过电容器的原因，了解交变电流这一特性在 电子技术中的应用.4.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的 作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系.
图3－3－2
A.40 V，100 Hz
B.20 V，100 Hz
C.40 V，50 Hz
D.20 V，50 Hz
解析 从图象可知电压的最大值是 20 V，周期是 0.02 s，所以频率 f＝T1＝50 Hz，

思考：若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，则负载两端的电 压u、流过的电流i随时间变化的规律是怎样的？
• 流过负载的电流：
i e Em sin t Im sin t，其中Im Em
Rr Rr
Rr
• 负载两端电压：
u R e R Em sin t Um sin t,其中Um R Em
• 线圈在甲图位置是否有感应电流？ • 线圈在乙图位置是否有感应电流？
• 在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 由B→A
•
×
• 线圈在丙图位置是否有感应电流？ • 线圈在丁图位置是否有感应电流？
• 在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 由A→B
•
×
× ×
思考：线圈转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么位置时线圈中电流最大？
【答案】BD【解析】直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向周 期性改变。另外交变电流不一定都是正弦式电流或余弦式电流。故A、C错误，B、 D正确。
例2．(多选)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，下列说法正确的是( ) 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．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
• •
中性面：与磁感线垂直的平面
• 线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最 大，感应电动势为零，感应电流为零
• 线圈每经过中性面一次，交流电方向改变 一次，线圈每转动一周（交流电的一个周 期） ，两次经过中性面，交流电的方向 改变两次。
中性面的垂面
× ×

(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式．
(2)线圈转过300，流过R的电荷量为多少？
(3)线圈转过300时，磁通量的变化率为多少？
解析：(1)感应电动势最大值Em＝NBSω＝NBL1L2·2πn＝50 V.
整个线圈中的感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝50cos100t(V)．
③交流电压的大小可以通过变压器随意转换。
二、交变电流的产生
2.交流电的产生原理
ABCD——线圈 K、L——圆环
•
×
E=0、I=0
磁通量为最大 电流：B→A→D→C→B
中性面 :线圈与磁场方向垂直的平面
E、 F——电刷
•
×
1.交流发电机示意图
电流：C→D→A→B→C
二、交变电流的产生
•
×
•
磁通量为最大 电流：B→A→D→C→B
D．线框产生的交变电动势频率为100Hz
6.如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线
框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀
强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开
关，则下列说法正确的是（ C ）
A.从正前方看去，该线框将会逆时针转动
B.若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变
①线圈与中性面的夹角是多少？ t
② AB边的速度多大？ v =


2 v= 2
③ AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
④ AB边中的感应电动势多大？
1 = vsinθ =

2
sin t
⑤线圈中的感应电动势多大？
= 21 = sin t= BSsin t
②直流电：

【探究训练】 1．关于交变电流和直流电的说法，正确的是( ) A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流电的大小可以变化，但方向不一定变化 C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
【解析】选 D。直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向改变， 另外交变电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电，D 正确。
3．确定交变电流瞬时值表达式的基本思路： (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式 Em＝nBSω 求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 如：①线圈从中性面位置开始转动，则 i-t 图像为正弦函数图像，函数式为 i＝Imsin ωt。 ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则 i-t 图像为余弦函数图像，函数式为 i＝Imcos ωt。
【补偿训练】 甲、乙两矩形单匝金属线圈分别绕与磁感线垂直的轴在同一匀强磁场中匀速转动， 输出交流电的感应电动势图像如图中甲、乙所示，则( ) A．甲的频率是乙的频率的 2 倍 B．甲线圈的截面积是乙线圈截面积的 6 倍 C．t＝1 s 时，两线圈中的磁通量均为零 D．t＝2 s 时，两线圈均与磁感线平行
【结论生成】 1．交变电流与直流电的区别 (1)只要电流方向改变就是交变电流，与电流大小无关。 (2)判断是不是交变电流，至少需在一个周期内观察。如矩形波，该电流在正半周 期或负半周期，电流的大小和方向都没有发生变化，但在一个周期或更长的时间 内，电流的方向随时间发生变化，所以是交变电流。
2．中性面及其垂直位置的特性比较 中性面
(2)摇动图丙中发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针 的摆动情况说明什么问题？ 提示：随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动。 说明手摇发电机产生的电流方向处于变化中。

2、中性面：与磁场方向垂直的平面
特点：
①线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通 量最大，但磁通量的变化率为零，感应 电动势为零；
②线圈平面每次转过中性面时，线圈中 感应电流方向改变一次，线圈转动一周 两次通过中性面，故线圈转动一周，线 圈中电流方向改变两次
• 3、交流电的图象
练习１．一个按正弦规律变化的交流电流，如图 所示，根据图像可以知道
瞬时值 有效值
周期、频率 电感、电容的作用
交流电路
变压器
远距离输电
专题一 交变电流的产生及其变化规律
一、交变电流的产生
1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直 于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就 有交流电产生
A
L1
L2
D
B
C
L2
线圈平面 与磁感线 垂直位置 开始计时
e=NBωSsinωt
d
上海高考题例４：在绕制变压器时，某人误将两个线圈
一、感应电动势
（影响感应电动势大小的因素）
⒈在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。
说明
①电路闭合时有感应电动势，感应电流。 ②电路断开时有感应电动势，但无感应电流。
问2、题大2量：试影验响表感明应：电穿动过线势圈大的小磁的通因量素变？化越快感
应电动势越大
实验结论：感应电动势ΔE的φ大小与磁通量的变化快慢 有3、关。磁通量的变化率Δt
问题3：磁通量大，磁通量变化一定大吗？ 磁通量变化大，磁通量的变化率一定大吗？
磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化不 同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁 通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。
（可以类比速度、速度的变化和加速度.）
交变电流的产生及其变化规律

有何关系?
答案:描述交变电流变化快慢的物理量有交流的周期 T 和频率 f,
它们之间的关系为 T=1������;描述交变电流大小的物理量有峰值(Imax、
Umax)、瞬时值(i、u)和有效值(Ie、Ue),对于正弦式电流,它们之间的
关系为
i=Imaxsin
ωt,
u=Umaxsin
ωt;
Ie=
������max 2
读一读
辨一辨
(2)在直流电路中,灯泡和电容器串联,灯泡不会亮;在交流电路中, 灯泡和电容器串联(如图)。灯泡会亮吗?
答案:电容器可以“通交流、隔直流”,所以接直流时,灯泡不会亮, 但是接交变电流时,灯泡会亮。
读一读
辨一辨
(3)描述交变电流变化快慢的物理量有哪些?它们之间有什么关
系?描述交变电流大小的物理量有哪些?对于正弦式电流,它们之间
读一读
辨一辨
3.通过观察演示实验,电流表的指针会怎样摆动?思考后说明电流 怎么变化?
答案:指针左右摆动,说明流过电流表的电流的大小和方向均不 断变化。
4.交流和直流 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流,简称交流。 方向不变的电流叫直流。
读一读
辨一辨
二、交流的变化规律及交流的有效值 阅读教材第56页“交流的变化规律”和第58页“交流的有效值”部 分,知道什么是正弦式交变电流,掌握描述交流的物理量,理解交变 电流的有效值。 1.什么是正弦式交变电流?如何显示交变电流的变化规律? 答案:电流或电压随时间按正弦函数规律变化的交变电流叫正弦 式交变电流,交变电流的变化规律可以用示波器显示出来。 2.正弦式交变电流、电压随时间变化的规律是什么? 答案:i=Imsin ωt,u=Umsin ωt。

(1)求该处地磁场的磁感应强度 B； (2)从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转 过四分之一周的过程中，通过电流表的电荷量 q； (3)求铜芯线转动一周的过程中，电路产生的焦耳热 Q.
答案：(1)2×10－5 T (2)4×10－6 C (3)7.2×10－9 J
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也相等，即f甲＝f乙，C正确；ΔΦ＝Φ甲－Φ乙＝
π 3
，频率相同，相
位差不变，D正确．
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1．在下列四幅交流电的图象中，能正确反映我国居民生活
(1)电气设备的铭牌上标出的电压值、电流值；(2)交流电压 表测量的数值；(3)电容器上的标称电压值分别指的是有效值还 是最大值．
提示：(1)有效值 (2)有效值 (3)最大值
考点一
交变电流的周期和频率
1．周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做它的周期， 通常用 T 表示，单位是秒(s)． 2．频率 交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数叫做它的频率，通 常用 f 表示，单位是赫兹，简称赫，符号是 Hz.
3．周期 T、频率 f 及角速度 ω 之间的关系 T＝1f或 f＝T1，ω＝2Tπ＝2πf. 4．物理意义 交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理 量．周期越大，电流变化越慢；频率越高，电流变化越快．

2
三 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
重难归纳
【实验目的】
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
【实验原理】
如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通
过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不
断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产
生感应电动势,副线圈就存在输出电压。
= …

P 入=P 出

电流
关系
=



=

n1I1=n2I2+
n3I3+…
依据

E=n
能量守
恒定律
备注
适用于一个原线圈、一个或多
个副线圈的情况
适用于理想变压器
适用于一个原线圈、一个副线
U1I1=U2I2
圈的情况
U1I1=
适用于一个原线圈、多个副线
U2I2+U3I3+… 圈的情况
图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法
正确的是(
)
甲
乙
A.输入电压u的表达式 u=20√sin 50πt(V)
B.只断开S2后,L1、L2均正常发光
C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
D.若S1换接到2 后,R消耗的电功率为0.8 W
答案:D
解析:由题图知周期 T=0.02 s,所以 u=20√sin 100πt(V),选项 A
的交流电压挡测量,选项B错误。研究变压器电压和匝数的关系,
用控制变量法,可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈
的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响,选项C正确。为
了保护电表,测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电

一、交流发电机 1．结构：由固定不动的“_定__子___”和连续转动的“__转__子__” 组成． 2．原理：_电__磁__感__应___现象，线圈在磁场中转动产生感应电动 势． 3．交流和直流：线圈在磁场中转动时产生的_大__小___、_方__向___ 随时间做_周__期__性___变化的电流叫交变电流．方向不变的电流叫 _直__流___．
4．有效值的应用 (1)在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保 险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电功率的计 算式：P＝IU 中，U、I 均为有效值． (2)在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数 均为交变电流的有效值．在没有具体说明的情况下，所给出的 交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值． (3)我国民用交变电流：照明电压 220 V 和动力电压 380 V 都是 指有效值．
交变电流的平均值和有效值
如图所示，矩形线圈的匝数为 n，线圈面 积为 S，线圈电阻为 r，在磁感应强度为 B 的匀 强磁场中绕 OO′轴以角速度 ω 匀速转动，产生的 感应电动势最大值为 Em＝nBSω，外电路电阻为 R，在线圈由图示位置转过 90°的过程中，求： (1)通过电阻 R 的电荷量 q； (2)电阻 R 上产生的焦耳热 Q.
“有效值”定义中有“相等时间……”相等时 间不是指任意长或任意短的时间，指的是一个周期或周期的整 数倍．
如图所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交 变电流的有效值是( )
A．5 2 A C．3.5 2 A
B．5 A D．3.5 A
[思路探究] (1)定义有效值的依据是什么？ (2)如何求解非正弦式交变电流的有效值？
2
结束 语 同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成