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1第1节：交变电流

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高二物理教案 西北师大附中 白景曦
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第十七章 交变电流
大小和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流。交变电流与直流电比较有很
多优点，例如：利用变压器可以把电压升高或降低；便于长途输送；可以驱动结构简单，
运行可靠的感应电动机等等。因此，在工农业生产和日常生活中普遍使用交变电流。
交变电流和直流都是电荷的定向移动形成的，它们存在着共同点。学习交变电流，
应该注意这种共同点。但是交变电流又不同于直流，有它自己的特点。正是这些特点使
它具有上述优点。学习交变电流，更注意它的特点。
第一节 交变电流的产生和变化规律
白景曦
（西北师范大学第一附属中学 甘肃 兰州 730070）
摘要
交变电流是利用交流发电机产生的；将线圈平面垂直放入磁场中，当线圈平面绕自
身的轴旋转时，由于电磁感应就会在线圈中产生大小和方向随时间改变的交变电流。交
变电流的规律就是感应电动势、电压、电流都随时间做周期性变化。交流发电机是由线
圈和磁铁组成，转动部分叫转子，不动的部分叫定子。一般的发电机可分为旋转磁极式
和旋转电枢式。
关键词：交变电流 发电机结构 交变电流的产生原理 交变电流的变化规律
复习提问：
1.感应电动势的大小与哪些因素有关？有什么定量关系？
法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与穿过线圈平面的磁通量的变化率成正比

tnE


；导体棒切割磁感线产生的感应电动势：sinBLvE
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2.感应电流的方向如何确定？
楞次定律：确定原磁场方向；确定磁通量的变化；根据楞次定律确定感应电流的磁
场方向；根据安培定则确定感应电流的方向。
右手定则：伸出右手，让拇指和其余四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过
手心，拇指指向导体棒的运动方向，四指所指方向为感应电流的方向。
引言
我们学校照明用的电流是恒定电流吗？不是，那是什么电流呢？交变电流。交变电
流是如何产生的？变化规律是什么？与恒定电流比较有哪些优点？本章我们就来研究这
些问题。本节课我们先来研究交变电流的产生和变化规律。
第1课时：交变电流的产生和变化规律
新课教学：
实验1：交变电流的产生；观察录像1和2。
现象：录像1，灯泡一闪一闪的发光；录像2，电流表的指针时而向左、时而向右地
摆动；录像3，用示波器观察交变电流的图像。
结论：电路中产生的是大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
一、交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流。
产生交变电流的机器叫做交流发电机。
提出问题：为什么在录像中会观察到交变电流呢？
猜想：与发电机的结构有关。
二、交流发电机
1.结构：线圈（电枢）；磁极；滑环；电刷（两个金属片）。转子和定子
2.种类：旋转磁极式（常见）和旋转电枢式
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3.能量转化原理：其它形式的能转化为电能。
三、交变电流产生原因的解释
演示：用发电机模型定义ab边和cd边，并定性研究线圈平面转动一圈过程中，产
生的感应电流的大小和方向变化情况。
分析：
1.中性面：垂直磁场方向的平面叫做中性面。

中性面位置：无感应电流；
转过90：感应电动势最大，感应电流最大；感应电流方向，abcd；
转过180：无感应电流；
转过270：感应电动势最大，感应电流最大；感应电流方向，dcba；
转过360：无感应电流。
提出问题：在线圈平面绕轴转动一周的过程中，什么时刻电流为零？什么时刻电流
最大？电流的方向如何改变？改变几次？
分析：
线圈平面经过中性面时，感应电流为零；经过与中性面垂直的平面时，感应电流最
大；线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。在线圈平面绕轴转动一周
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的过程中，感应电流的方向改变两次。
2.交变电流产生的原理：线圈平面绕轴转动一周的过程中，两次经过中性面位置，电
流方向改变两次；电流的大小在发生周期性的变化，经过中性面时为零，经过与中性面
垂直的面时最大。
提出问题：交变电流的变化规律是什么呢？
设置情境：如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，线框的边长为1l，线框的宽为

2
l，线框的面积为21llS
，线框转动的角速度为。求：（1）从线框转动到中性面位置

开始计时，t时刻线框中产生的感应电动势的大小是多少；（2）如果从线框转动到垂直中
性面的位置开始计时，t时刻线框中产生的感应电动势的大小又是多少呢？
解析：
从中性面位置开始计时：根据sinBLvE，得

tBSlBlvBlesinsin22sin2211
tEemsin
，正弦交流电；

从垂直中性面位置开始计时：tEemcos，余弦交
流电。
提出问题：如果给交流发电机接上电阻为R的电热丝，则路端电压如何表示？电路
中的电流如何表示？
分析：
tUumsin或tUumcos
tIimsin或tIimcos
四、交变电流的变化规律
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1.数学表达式：
电动势：tEemsin或tEemcos
电压：tUumsin或tUumcos
电流：tIimsin或tIimcos
2.示波器观察波形：视频
3.图像：
（1）正弦交流电

（2）其它形式的交流电：视频
结论
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本节课收获如下：
1.知识：（1）交变电流的产生；（2）交变电流的变化规律。
2.方法：理想模型法
参考文献：
[1] 人民教育出版社物理室编著．物理第二册教师教学用书．北京：人民教育出版
社，2003.
[2] 人民教育出版社物理室编著．物理第二册（必修加选修）．北京：人民教育出版
社，2006.
[3] 人民教育出版社．延边教育出版社编著．物理第二册（必修加选修）教案．吉
林：延边教育出版社，2008.
[4] 马兰刚著．物理第二册（必修加选修）教案．甘肃：未来教育出版社，待版．
[5] 杜鸿宝著．高二物理教案．甘肃：未来教育出版社，（等待出版）．

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高二物理人教版选择性必修第二册教学课件《交变电流》

高二物理人教版选择性必修第二册教学课件《交变电流》

第三章 交变电流
第一节 认识交变电流
目录
一．观察交变电流的图像
二．交变电流的产生
三．用公式描述交变电流
四．小结及作业
一
观察交变电流的图像
• 几个概念
• 直流
•
•
•
方向不随时间变化的电流称为直流
符号：DC、−
实例：电池供电
• 交变电流
•
•
•
•
大小和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流
简称：交流
周的时间里电流方向变化的次数
• 参考答案：B
擦轮.如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在
磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电.下列说法正确的是（
）
A. 自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电
B. 自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期加倍
C. 小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关
D. 知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一
）
A. 、 时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B. 、 时刻线圈中感应电流方向改变
C. 、 时刻线圈中磁通量最大
D. 、 时刻线圈中感应电动势最小
• 参考答案：B
例题
• 例6 如图所示，在磁感应强度为的匀强磁场中，有一个面积为的矩形
线圈绕垂直于磁感线的对称轴′以角速度匀速转动。则
由该表达式可推知的物理量有（
）
A. 匀强磁场的磁感应强度
B. 线圈的面积
C. 穿过线圈的磁通量的最大值
D. 线圈转动的角速度
• 参考答案：CD
例题
• 例13 （多选）有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电
机，其原理示意图如图甲所示；图中、是一对固定的磁极，磁极间有一固
高考物理大一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 1 第一节 交变电流的产生和描述课件

高考物理大一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 1 第一节 交变电流的产生和描述课件

第三十五页，共六十一页。
(1)感应电动势的最大值； (2)从图示位置起转过14周的时间内负载电阻 R 上产生的热量； (3)从图示位置起转过14周的时间内通过负载电阻 R 的电荷量； (4)电流表的示数． [审题指导] 线圈转动产生感应电动势，最大值为 NBSω，热 量按有效值进行计算，电流表示数也为有效值，而电荷量用平 均值计算即 q＝ΔRΦ.
第二十六页，共六十一页。
迁移 3 交变电流的图象分析 3．(多选)(2017·高考天津卷)在匀强磁场中，一个 100 匝的闭合 矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线 圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化．设线圈总电阻为 2 Ω，则( )
第二十七页，共六十一页。
A．t＝0 时，线圈平面平行于磁感线 B．t＝1 s 时，线圈中的电流改变方向 C．t＝1.5 s 时，线圈中的感应电动势最大 D．一个周期内，线圈产生的热量为 8π2 J 解析：选 AD.t＝0 时，磁通量为零，磁感线与线圈平面平行， A 正确；当磁感线与线圈平面平行时，磁通量变化率最大，感 应电动势最大，画出感应电动势随时间变化的图象如图，由图 可知，t＝1 s 时，感应电流没有改变方向，B 错误；t＝1.5 s
【迁移题组】 迁移 1 交变电流的产生过程分析 1．(2019·南京、盐城模拟)图甲是小型交流发电机的示意图， 在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转 动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发 电机线圈内阻为 10 Ω，外接一只电阻为 90 Ω 的灯泡，不计电 路的其他电阻，则( )
第十七页，共六十一页。
பைடு நூலகம்
[审题指导] 从线圈平面经过中性面开始计时，则线圈在时间 t 内转过角度 ωt，瞬时感应电动势 e＝Em·sin ωt，其中 Em＝ NBSω.线圈平面处于与中性面成 φ0 夹角位置时开始计时，要 注意此时线圈的初相位．计算线圈转动一周电阻 R 上产生的 焦耳热，要用有效值进行计算．
人教版高中物理选择性必修第2册 第三章 交变电流 第1节 交变电流

人教版高中物理选择性必修第2册 第三章 交变电流 第1节 交变电流


交变电流的变化规律及书写技巧 [学透用活]
1．交变电流的峰值 (1)由交变电动势的表达式 e＝NBSωsin ωt 可知，电动势的峰值 Em＝NBSω。 (2)交变电动势的最大值，由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角速度 ω 及线
圈面积 S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直 于磁场，因此如图所示几种情况，若 N、B、S、ω 相同，则电动势的最大 值相同。
二、交变电流的产生和变化规律 1．填一填 (1)交变电流的产生
①产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴转动。 ②过程分析(如图所示)
③感应电流随时间变化的曲线
(2)交变电流的变化规律 ①中性面：线圈转到与磁场 垂直 的平面。 ②电动势瞬时变化规律推导
设线圈 t＝0 时刚好转到中性面位置，设线圈转动的角速度为 ω，AB 和
[解析] t1、t3 时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零， 线圈中感应电流方向改变，A 正确 B 错误；t2、t4 时刻磁通量为零，线圈与磁 场平行，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，线圈中感应电流方向 没有改变，C、D 错误。
[答案] A
[规律方法] 分析图像问题的两个关键点
[规律方法] 交变电流瞬时值表达式的书写技巧
(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式 Em＝NBSω 求出相应峰值。
(2)确定线圈的角速度：可根据线圈的转速或周期由 ω＝2Tπ＝2πf 求出，f 表示线圈的频率也可表示每秒的转数。
(3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 ①线圈从中性面位置开始转动，则 e-t、i-t、u-t 图像为正弦函数图像，函 数式为正弦函数。 ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则 e-t、i-t、u-t 图像为余弦函数图像， 函数式为余弦函数。
第1节交变电流导学案

第1节交变电流导学案

《§5.1交变电流》导学案主备人：张西永审核：授课时间：班级：姓名：【学习目标】1．认识交变电流2．理解交变电流的产生原理，掌握交变电流的变化规律3．掌握交变电流的表示方法，理解交流电的瞬时值，最大值4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力【学习重点】交变电流产生分析及变化规律的推导【学习难点】交变电流的变化规律及应用自主学习案1．交变电流：和随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流．下图中_______是直流电，___________是交变电流。

2．正弦式电流（1）定义：随时间按规律变化的电流叫做正弦式电流．（2）正弦式电流产生：当线圈在磁场中绕于磁场方向的轴做转动时，线圈中就产生正弦式电流．（3）正弦式电流的规律：假定线圈从跟磁感线垂直的平面（也叫中性面）开始转动，则产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝I m sinωt；电动势瞬时值的表达式为e＝；电压瞬时值表达式为u＝．课堂互动案学习札记探究1 交变电流的产生【观察与思考】交变电流产生的过程分析。

特殊位置甲乙丙丁甲B与S的关系磁通量磁通量变化率感应电动势感应电流4个过程中甲→乙乙→丙丙→丁丁→甲Φ的变化电流方向规律总结：（1）在线圈转动时，磁通量最大时，磁通量的变化率__________；磁通量为0时，磁通量变化率_______；感应电动势的大小由_____________________决定，与___________无关。

（2）线圈转动一周，感应电流方向改变______次（3）中性面：_______________________________，如图有________、_________位置；中性面的相关特点：磁通量___________，磁通量的变化率____________，感应电动势e＝________，________感应电流探究2用函数表达式描述交变电流【思考与讨论1】从中性面计时，t时刻线圈中的感应电动势e的推导。