《金版教程》人教版高中物理选修3-2课件：第五章《交变电流》5-3

即学即用 判断下列说法的正误.
(1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电电流的平方成
正比.( √ )
U2 (2)由P＝ 可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小.( × ) r (3)由P＝I2r可知，减小输电线的电阻和降低输电电流可减小输电损失.( √ )
(4)高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的.( √ )
根据能量守恒定律得P2＝ΔP＋P3.
例2
如图4所示，发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电
能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)，若发电
机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈
二、远距离输电电路中的各种关系
导学探究
某发电站向远处送电的示意图如图2 所示，其中各部分的物理量已在图
上标注，在这个电路中包括三个回路.
图2
(1)结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发
电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计). 答案
第一个回路：P1＝U1I1
第二个回路：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I 线2R＋P3
解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两
个联系，掌握一个定律. 1.画图、理清三个回路(如图3所示)
图3
2.抓住两个联系
(1)理想升压变压器联系回路1和回路2
U1 n1 即 U ＝ n ，I1n1＝I2n2，P1＝P2. 2 2
(2)理想降压变压器联系回路2和回路3 U3 n 3 即 U ＝ n ，I3n3＝I4n4，P3＝P4 4 4 3.掌握一个定律
(1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？

电流i通过R时：ui R ， U mImR.
成立条件： 转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
四、交流电的图像
b
c
c
d
a
d
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
L
B
c
K L
A d
B
b
c
a
d
k
L
A
B
e
Em
o
T/4
π/2
2T/4
3T/4
π
3π/2
T
t
2π ωt
四、交流电的图像
e
Em
0
t
-Em
i
Im
0
一 科 护 士 长 。这五 年间,在 院领导 班子和 科主任 领导下 ,能坚持 学习,撰 写论 文。 “门诊
做一做
二、交变电流的产生
1、线圈在匀强磁场中绕垂直于
磁场的轴匀速转动
2、过程分析
（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？
ab边 cd边
（2）怎样将立体图转化为平面图？
将立体图转化为平面图
1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交 变电流的是 A B D ，属于正弦交变电流的是 A 。
i t
A
B
C
D
2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平 面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时 间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是 ( )：
A. T1时刻通过线圈的磁通量为零； B. T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大； C. T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最

(2)线圈处于中性面位置时，穿过线圈Φ最大，但
ΔΦ Δt
＝0，e
＝0，i＝0.
(3)线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变．线圈转一周，
感应电流方向改变两次．
3．两个特殊位置的对比分析
名称
中性面
中性面的垂面
位置
线圈平面与 线圈平面 磁场垂直 与磁场平行
磁通量
最大
零
磁通量的变化率
零
最大
感应电动势
零
最大
3．图象特点 (1)恒定电流的图象是一条与时间轴平行的直线． (2)交变电流的图象随时间做周期性变化，如图所示是正弦 式交变电流的图象．
1．当摇动如图所示的手摇交流发电机时，发现小灯泡闪 烁．此时流过小灯泡的电流是( )
A．交流电 C．恒定电流
B．直流电 D．涡流
解析：选A 交流电是指电流的方向发生变化的电流，直流 电的方向不变，而恒定电流的大小与方向均不变，涡流是感应 电流，而手摇交流发电机产生的是交流电，故A正确，B、C、D 错误．
B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的 方向都要改变一次 D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一 次
解析：选C 线圈转至中性面时，线圈平面垂直于磁感线， 磁通量最大，但磁通量的变化率、感应电动势、感应电流均为 零，电流方向恰好发生变化．因此，线圈在匀强磁场中转动产 生交变电流时，每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的 方向都要改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，感应 电动势和感应电流的方向都改变两次，所以C正确．
5．(多选)(2018·辽宁抚顺市检测)矩形线 圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线 圈中产生如图所示的交流电，则对应t1时刻 线圈的位置可能为下图中的( )

4、频率：一秒内完成周期性变化的次数。
f 1 T
5、有效值： E U
2 2f
I
T
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：
E Em 2
注意：A.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值
B.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
C.求通过某导体截面的电量一定要用平均值。
45
5.3《电感电容对 交变电流的影响》
(1)通过电阻R的电量q；
q It nBS Rr
(2) 电阻R上产生的焦耳热Q
在此过程中电阻R上的焦耳热为
一个周期内产生焦耳热的1／4，
Q
1 4
I 2RT
R（nBS )2
4(R r)2
43
练习4：边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以OO’为轴匀速转动，角速度为ω， 转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：
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《高中物理》
选修3-2
1
第五章 《交变电流》
2
5.1《交变电流》
3
教 学目 标
• （一）知识与技能 • 1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是
中性面。 • 2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。 • 3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准
确含义。 • （二）过程与方法 • 1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公
37
例3.如图表示一交流的电流随时间 变化的图像,求该电流的有效值。
I 2RT
1 2
I12 RT
1 2
I 2 2 RT
42
I
1 2
( I12
I22 )
3 2
1 2

栏目 导引
第五章 交变电流
类型区别 低频扼流圈
高频扼流圈
自感系数
较大
___较__小____
感抗大小
较大
___较__小____
作用
通___直__流____、
通__直__流____、
阻__交__流____ 通__低__频____、阻__高__频___
栏目 导引第五章 交变电流来自二、交变电流能够经过电容器
[自主探究]
试验现象：如图5－3－2所示，把电容器C与
灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，
再把它们接到交流电源上．取直流电源旳电
压与交流电压旳有
效值相等．接通直流
电源时，灯泡不亮；接
通交流电源时，灯泡亮．
图5－3－2
栏目 导引
第五章 交变电流
成功发觉 __交__变___电流能够经过电容器，___恒__定__直__流___ 不能经过电容器． 三、电容器对交变电流旳阻碍作用 [自主探究] 试验现象：(1)如图5－3－3所示，把电容器C 与灯泡串联起来，先把它们接到交流电源上, 再把电容器取下来，使灯泡直接接到交流电 源上，灯泡要比有电容器时更亮．
栏目 导引
第五章 交变电流
【思路点拨】 解答本题时可按以下思路 分析
电容器C1 的作用
→
电感线圈 L的作用
→
电容器C2 的作用
栏目 导引
第五章 交变电流
【解题样板】 当具有多种成份旳电流输入到C1两 端时，因为C1具有“通交流、隔直流”旳功能，电 流中旳交流成份被衰减；而线圈L有“通直流、阻 交流”旳功能，直流成份电流顺利经过L，一小部 分交流经过L；到达C2两端时，因为C2具有“通交 流、隔直流”旳功能，C2进一步滤除电流中残余旳 交流成份，这么在输出端得到较稳定旳直流电． 【答案】 看法题样板

(4)若线圈有N匝
则e＝NBsωsin ωt
课堂讲义
2．两个特殊位置
交变电流
(1)中性面位置(S⊥B位置) 线圈平面与礠场垂直的位置，此时e为0，i为0，Φ最大， t 为0. 线圈每经过中性面，电流方向发生改变 线圈转一圈电流方向改变两次 (2)垂直中性面位置(S∥B位置) 此时e最大，i最大，Φ为0， t 为最大． 3．正弦式交流电的峰值． Em＝NBsω 4．正弦式交流电的瞬时值表达式 e＝Em sin ωt，u＝Um sin ωt，i＝Imsin ωt
2．注意：开始计时时线圈所处的位 置不同，得到的i－t图象也不同．
分析有关图象时，要注意从图象 中找出两个特殊位置对应的时刻 ．如右图所示
课堂讲义
例3 线圈在匀强磁场中匀速 转动，产生交流电的图象如 图所示，由图可知( ) 中 性 面 时 与 磁 感 线 平 行 时 磁通量最大 感应电动势为零 感应电流为零 磁通量为零
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第五章 交变电流
第一讲 交变电流
目标定位
交变电流
理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向. 1 理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图
2
理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的机理
3
知道交变电流的变化规律及表示方法
预习导学
一、交变电流 周期性变化 磁感线 方向 匀速 大小和方向
交变电流
电流方向
二、交变电流的产生
想一想 如图所示，当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割 磁感线？线圈转到哪些位置时没有感应电流？ 答案 当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，AB、CD边切割磁感线 产生的感应电流．线圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们 称之为中性面． 三、交变电流的变化规律 Emsinωt Umsinωt Imsinωt

物 理 选 修 3-2 ·
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第五章 交变电流
3．感抗的应用
类型 区别 自感系数 感抗大小 作用
物 理 选 修
低频扼流圈 较大 较大
高频扼流圈
较小 ________ 较小 ________
直流 、阻________ 交流 低频 、通直流，阻________ 高频 通________ 通________
新课标导学
物 理
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第五章
交变电流
第三节 电感和电容对交变电流的影响
第五章 交变电流
※ 了解电感和电容对交变电流的影响 ※ 了解感抗与哪些因素有关 ※ 知道交流电能“通过”电容器
※ 了解容抗与哪些因素有关
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第五章 交变电流
在现代无线电仪器中，电容器、电
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第五章 交变电流
重点难点突破
物 理 选 修
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第五章 交变电流
一、电感对交变电流的阻碍作用的成因分析
1.电感对交变电流的阻碍作用的成因
通过线圈的电流大小和方向变化，都会引起通过线圈的磁通量发生变化，
从而产生感应电动势，这种现象就是自感现象。根据楞次定律，自感电动势所 引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化，所以自感 电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用，这样就形成了对交变电流的阻碍作 用，电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗。
2．电容器对交变电流有阻碍作用的原因 我们知道，恒定电流不能通过电容器，原因是电容器的两个极板被绝缘介 质隔开了。当接到交流电源上时，电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移

则经时间t
1、线圈与中性面的夹角是多少？ωt
23、、aabb边边的的速速度度是方多向大与？磁ω场L方2/2向夹角多
大？ ωt
4、 ab边产生感应电动势多大？
eab
BLv
BL1
L2 2
sin t
5、线圈中产生的感应电动势多大？
e请各2B小L1组 L讨22 论sin后t选代BS表回sin答t。
v2 v1
电流 i I m sin t 通过R时：
u iR，U m Im R.
四、交流电的图像
五、交变电流的种类
小结
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。
2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
3、交变电流的变化规律： （1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次， 感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电 流的方向改变两次。
5.1 交变电流
三峡水电站
• 1．理解交变电流的产生原理，知道什么是 中性面。
• 2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。
• 3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性 面的准确含义。
一、阅读课本 初步感知
➢阅读课本第一自然段，思考并回答： 恒定电流、直流电、交变电流的区别是什么？
判一判： 在如图所示的几种电流随时间变化的 图线中，属于交变电流的是 A B D 。
间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ）
A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝
对值最小
e
Em
0
t1 t2
t3 t4
t
-Em

k·T/2(k＝0,1,2，…) k·T/4(k＝1,3,5，…)
线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行
最大
零
零
最大
零
最大
改变
不变
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[典例 3] 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势 的图象如图所示，则( )
A．交流电的频率是 4π Hz B．当 t＝0 时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大 C．当 t＝π s 时，e 有最大值 D．t＝32π s 时，e＝－10 V 最小，磁通量变化率最小
[答案]
(1)2NBl2ω
4N2B2l3ω (2) r＋R
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[点评] 对于“发电机”模型问题，要明确导体(或线圈)在磁场中受外力作用 运动切割磁感线产生感应电流，感应电流在磁场中受安培力，阻碍导体切 割磁感线，外力需克服安培力做功，是其他形式的能转化为电能，且能量 转化满足能量守恒定律。
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2．交变电流的产生原理和变化规律 (1)产生原理 ①条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向 的轴匀速转动； ②特殊位置特点 a．中性面：线圈平面与磁感线 垂直 ，线圈经过中性面时，感应电 动势、感应电流 为零 ，磁通量最大； b．与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流 最大 ，磁通量 为零； ③电流方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变 一次；线圈每转动一周，经过中性面 2 次，感应电流的方向改变 2 次。
[答案] B
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3．[多选]如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的 转轴 OO′以恒定的角速度 ω 转动。若从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，
线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在 t＝2πω 时刻( )

一二三
3.研究交变电流某一瞬间的电流、电压、功率等,用瞬时值 (1)当线圈平面与中性面重合时,线圈中感应电动势为零。 若从此位置开始计时,则瞬时值表达式为 e=Emsinωt,i=Imsinωt。 (2)当线圈平面与中性面垂直时,线圈中感应电动势最大。 若从此位置开始计时,则瞬时值表达式为 e=Emcosωt,i=Imcosωt。 4.研究交变电流通过导体截面的电荷量时,用平均值 交流电的平均值应根据E=n������������Φt 求解,在计算交流电路中通过某段导体 的电荷量时,应用平均值计算,即 q=������t。
但是当把电压加在 P、Q 两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻 中没有电流,M、P 两端也就没有电势差,即 M、P 两点的电势相等。所以当 P、Q 接 4 V 直流时,M、N 两端电压也是 4 V。
顺便指出,如果 M、N 或 P、Q 换成接交变电压,上述关系仍然成立,因 为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用。
(5)0.99 J (6)0.087 C
一二三
专题二 解决变压器问题的几种思路
1.原理思路
变压器原线圈中磁通量发生变化,铁芯中������������Φt 相等。 2.电压思路
变压器原、副线圈的电压之比为U1
U2
=
nn12;当变压器有多个副线圈时,只
要绕在同一闭合铁芯上,任意两线圈之间总有UUQP
A.10 V,10 V B.10 V,4 V C.4 V,10 V D.10 V,0
一二三
解析:图甲是一个自耦变压器,当 A、B 作为输入端,C、D 作为输出端时, 是一个降压变压器,两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比;当 C、D 作 为输入端,A、B 作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所 以 C、D 接 4 V 交流时,A、B 间将得到 10 V 交流。图乙是一个分压电路, 当 M、N 作为输入端时,上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正 比。