5.1 交变电流课件
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5.1交变电流
4、正弦式交变电流的图象 电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下
图所示：
规律 物理量
磁通量
函数（线圈在中性面位置开始计时）
Φ＝ Φmcos ωｔ ＝ BScos ωｔ
图象
电动势
e＝ Emsin ωｔ ＝ nBSωsin ωｔ
电压
u＝U msin ωｔ
＝ REm R＋ r
sin
最大．
(3)分析判断 e、 i 大小和方向随时间的变化规律．
几种常见的交变电波形
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生 正弦式交变电流。
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为 电动势的最大值为 Em=NBSω。
3．中性面的特点：磁通量最大为 Φm，但 e=0。
2
2
此时整个线框中感应电动势 e=eAB+eCD =BL1L2 ωsinωt 若线圈有 n 匝时，相当于 n 个完全相同的电源串联， e=nBL1L2ωsinωt，令 Em=nBL1L2 ，叫做感应电动势的峰值， e 叫做感应电动势的瞬时值。 感应电动势的峰值 (1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈 中的感应电动势达到峰值，且满足 Em＝ nBSω. (2)决定因素：由线圈匝数 n、磁感应强度 B、转动角速度 ω 和线圈面积 S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关． 根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值 I m=Em/(R+r )，电压的瞬时值 U =U msinωt。 根据部分电路欧姆定律， 电压的最大值 U m=ImR，电压的瞬时值 U=Umsinωt。 这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流简称正弦式电流。
图所示：
规律 物理量
磁通量
函数（线圈在中性面位置开始计时）
Φ＝ Φmcos ωｔ ＝ BScos ωｔ
图象
电动势
e＝ Emsin ωｔ ＝ nBSωsin ωｔ
电压
u＝U msin ωｔ
＝ REm R＋ r
sin
最大．
(3)分析判断 e、 i 大小和方向随时间的变化规律．
几种常见的交变电波形
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生 正弦式交变电流。
2．从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为 电动势的最大值为 Em=NBSω。
3．中性面的特点：磁通量最大为 Φm，但 e=0。
2
2
此时整个线框中感应电动势 e=eAB+eCD =BL1L2 ωsinωt 若线圈有 n 匝时，相当于 n 个完全相同的电源串联， e=nBL1L2ωsinωt，令 Em=nBL1L2 ，叫做感应电动势的峰值， e 叫做感应电动势的瞬时值。 感应电动势的峰值 (1)转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直．当线圈平面与磁场平行时，线圈 中的感应电动势达到峰值，且满足 Em＝ nBSω. (2)决定因素：由线圈匝数 n、磁感应强度 B、转动角速度 ω 和线圈面积 S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关． 根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值 I m=Em/(R+r )，电压的瞬时值 U =U msinωt。 根据部分电路欧姆定律， 电压的最大值 U m=ImR，电压的瞬时值 U=Umsinωt。 这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流简称正弦式电流。
高中物理第五章交变电流1交变电流课件选修32高二选修32物理课件_00001
第三十四页，共七十三页。
规律二 交变电流的瞬时值和平均值的求解 1．瞬时值表达式 e＝nBSωsinωt，电动势的峰值 Em＝nBSω＝nΦmω，与线 圈的形状及转轴位置无关． 2．概念深化 (1)若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt.若线圈从位于与 中性面垂直的位置开始计时，e＝Emcosωt，所用瞬时值表达式 与开始计时的位置有关．
中性面
中性面的垂直面
图示
位置 磁通量 磁通量的变化率 感应电动势 感应电流 电流方向
12/13/2021
线圈平面与磁场垂直 最大 零 零 零 改变
第十七页，共七十三页。
线圈平面与磁场平行 零 最大 最大 最大 不变
三、交变电流的图象 1．正弦交流电图象(可用示波器观察 到) 若 n 匝面积为 S 的线圈以角速度 ω 绕 垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面 开始计时，其函数形式为 e＝nBSωsinωt， 用 Em＝nBSω 表示电动势最大值，则有 e ＝Emsinωt.其电流大小为 i＝Re ＝ERmsinωt ＝Imsinωt.对应的图象如图所示．
场的转轴旋转，会产生正弦或余弦交流电．与转轴的位置和线圈
的形状无关．
12/13/2021
第二十页，共七十三页。
【教材延伸】 (1)交变电流感应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 共同决定，与线圈的形状无关， 与转轴的位置无关，如图所示的几种情况，若 N、B、S、ω 相同， 则感应电动势的最大值相同．
12/13/2021
第十八页，共七十三页。
ΔΦ 2．如果线圈绕垂直于磁场的转轴旋转，能不能用 E＝n Δt 推 导交变电流电动势的瞬时表达式？
可以，因为现在高中加入了导数的知 识，那么用到导数的知识很容易就推出交变电 流电动势的瞬时表达式了．我们还是假设线圈 从中性面开始以恒定角速度 ω 在匀强磁场里旋转，线圈的轴与磁 场垂直，但并没有在 ad 的中心．此时的磁通量为 Φ＝BS，S 为 线圈面积，线圈也可以不是矩形．经过时间 t 线圈转过的角度为 ωt，则此时的磁通量为 Φ1＝BScosωt.
3-2课件：5.1交变电流 (共42张PPT)
解析：选 B.从题图乙可以看出，t1、t3 时刻通过线圈的磁通量 最大，线圈经过中性面位置时线圈中感应电流方向改变， A 错误，B 正确；t2、t4 时刻通过线圈的磁通量为零，线圈处于 与中性面垂直的位置，此时感应电动势和感应电流均为最大， 故 C、D 均错误．
交流发电机原理示意图
实物图
原理简图
(4)可以确定某一时刻电动势大小以及某一时刻电动势的变化 趋势，如 t＝t1，t＝t2 时刻． T (5)可以计算出某些时刻的磁通量 Φ 或 e 的瞬时值， 如 时， ωt 6 π 3 T 2π π ＝ · ＝ ，e＝Emsin ωt＝Emsin ＝ Em，Φ＝Φm·cos ωt 6 T 3 3 2 1 ＝ Φm . 2
第1节 交变电流
概念:
• 1.交变电流: • 大小和方向都随时间做周期性的变化. • 简称交流（AC） 2.直流电: 方向不随时间变化的电流（DC）
恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流
第五章
交变电流
观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些 是交变电流
i
0
(1)
i t 0
(2)
i
t 0
(3)
中性面
θ
V4
v
u
i
V3
第五章
交变电流
e Em sin t
u iR
e i Rr
Em i sin t Rr
瞬时值
i Im sin t
峰值
R u Em sin t Rr
第五章
u Um sin t
交变电流
2．峰值 (1)由 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．
5.1交变电流ppt
0
e
t
-Em
3.交流发电机工作时的电动势的变化规
律为e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，
其它条件不变，则电动势的变化规律将变化 为（ ）B A e=EmSin2ωt B e=2EmSin2ωt
C e=2EmSin4ωt
D e=2EmSinωt
4.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平
丁
戊
(甲 )
没有边切割磁感应线
中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做 中性面。
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
(乙 )
a（b）、d（c） 边垂直切割磁感线
B∥S，Φ=0，E最大，I最大 感应电流方向b到a
又见中性面
(丙 )
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
丁
B∥S，φ=0，E最大，I最大， 感应电流方向a到b
1.交变电流
定子
转子
电刷
观察二极管的发光情况
交替发光 G 通过二极管的电流方向是周 期性变化的
线框中产生的感应电流方向是变化的
电流的分类
恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流
直流电(DC)：方向不随时间变化的电流
交变电流:随时间做周期性的变化的电流。 简称交流（AC）
交变电流在生产生活中有广泛应用
u U m sin t
电流 i I m sin t 通过R 时：
u iR，U m I m R.
交变电流的变化规律
(1)感应电动势: e=nBsωsinωt=Emsinωt (从中性面开始计时) (2)感应电流: i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt (从中性面开始计时) (3)外电路电阻两端的电压: u=Umsinωt (从中性面开始计时)
e
t
-Em
3.交流发电机工作时的电动势的变化规
律为e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，
其它条件不变，则电动势的变化规律将变化 为（ ）B A e=EmSin2ωt B e=2EmSin2ωt
C e=2EmSin4ωt
D e=2EmSinωt
4.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平
丁
戊
(甲 )
没有边切割磁感应线
中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做 中性面。
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
(乙 )
a（b）、d（c） 边垂直切割磁感线
B∥S，Φ=0，E最大，I最大 感应电流方向b到a
又见中性面
(丙 )
B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0
丁
B∥S，φ=0，E最大，I最大， 感应电流方向a到b
1.交变电流
定子
转子
电刷
观察二极管的发光情况
交替发光 G 通过二极管的电流方向是周 期性变化的
线框中产生的感应电流方向是变化的
电流的分类
恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流
直流电(DC)：方向不随时间变化的电流
交变电流:随时间做周期性的变化的电流。 简称交流（AC）
交变电流在生产生活中有广泛应用
u U m sin t
电流 i I m sin t 通过R 时：
u iR，U m I m R.
交变电流的变化规律
(1)感应电动势: e=nBsωsinωt=Emsinωt (从中性面开始计时) (2)感应电流: i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt (从中性面开始计时) (3)外电路电阻两端的电压: u=Umsinωt (从中性面开始计时)
5.1交变电流课件
3、矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂 直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随 时间的变化规律如图2所示。下列结论正确的是 （ CD） A.在t=0.1 s和t=0.3 s时，电动势最大 B.在t=0.2 s和t=0.4 s时，电动势改变方向 C.电动势的最大值是157 V D.在t=0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s
例4.
一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最 大值为311V，线圈匝数为N=1,在磁场中转动的角速度是 100πrad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表 达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？
知识链接:
1、 电路中产生感应电流的条件： (1)电路闭合 （2）磁通量变化 2、感应电流方向的判断： （1）楞次定律 （2）右手定则 3、感应电动势的计算------------法拉第电磁感应定律： （1）E＝BLvsin θ( 导体切割磁感线时产生的感应电动势)
新课导入： 今天我们要学习的交变电流，是电磁感应现象 的进一步延伸。
中性面位置： 无电流
电流最大
中性面位置： 无电流
电流最大
由甲图位置到丙图位置，电流方向：A-B-C-D ； 由丙图位置到甲图位置， 电流方向：D-C-B-A
4、你能总结线圈在转动过程中，电流方向的变化规律吗？
线圈平面每经过中性面时，感应电流的方向就改变一次， 两 线圈转动一周，感应电流的方向改变________ 次。
3.其他几种不同类型的交流电
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
5.1 交变电流
（1）磁感应强度B （2）在t＝T/12时刻，线圈平面与磁感线的夹角
答案：EmT ,300
2S
思考与讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
c(d)
O a(b)
三、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，ad边为 L1，ab边为L2,
e 2NBL1v sin t
又v L2
2 e NBL1L2 sin t
令：Em=NBωL1L2=NBSω源自则有 e Em sin t
五、交变电流的种类
六、交流发电机
1.组成： ①线圈（电枢） ②磁极
2.种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不
动的部分叫定子
题型1 如图所示，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，从线圈平面与磁场方向平行时开始
计时，则在0～
π
2ω
电动势按正弦规律变化 Em=NBSω
e Em sin t
i Im sin t u Um sin t
u iR，U m Im R
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
0
t
-Em
正弦交变电流随时间变化情况可以从 图象上表示出来，图象描述的是交变电流 随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，
答案：EmT ,300
2S
思考与讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
c(d)
O a(b)
三、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，ad边为 L1，ab边为L2,
e 2NBL1v sin t
又v L2
2 e NBL1L2 sin t
令：Em=NBωL1L2=NBSω源自则有 e Em sin t
五、交变电流的种类
六、交流发电机
1.组成： ①线圈（电枢） ②磁极
2.种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不
动的部分叫定子
题型1 如图所示，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，从线圈平面与磁场方向平行时开始
计时，则在0～
π
2ω
电动势按正弦规律变化 Em=NBSω
e Em sin t
i Im sin t u Um sin t
u iR，U m Im R
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
0
t
-Em
正弦交变电流随时间变化情况可以从 图象上表示出来，图象描述的是交变电流 随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，
5.1《交变电流》PPT课件
问题2.这两条边是否一直在做切割磁感线运动?
第14页/共41页
b a
a(b) v1
c
d F H
v2
d(c)
中性面
特点：
B⊥S Φ最大
E=0 I=0
B∥V 电动势是零 思考:在这个位置磁通量是多大? 此时线圈所在的平面叫做中性面
第15页/共41页
问题3.若单匝线框所处位置与中性面垂直,设 磁感应强度大小为B ,ab边和cd边长均为 L1,ad边和bc边长为L2,线框绕垂直于磁场并且 过ad和bc边中点的轴旋转,角速度大小为ω. 问: ab边和cd边切割磁感线产生的电动势分别 是多大?
流和电阻两端的电压分别是多少?
i e
u iR
Rr
i Em sin t Rr
i Im sin t
vu i
瞬时值 峰值
R u R r Em sin t
u Um sin t
第24页/共41页
五、交流电的图像
问题8.前面是用表达式表示交流电的变化规律, 怎样用图象表示交流电的变化规律?
b a
c d
第39页/共41页
3.一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰 值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s， 试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路 只有电阻元件，总电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多 少？写出电流瞬时值的表达式。
解： 电动势瞬时值的表达式为： e=EmsinWt=400sin314t
第29页/共41页
六、交流发电机
第30页/共41页
第31页/共41页
1、组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极 2、种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机 转动的部分叫转子，不动的部分叫定子
第14页/共41页
b a
a(b) v1
c
d F H
v2
d(c)
中性面
特点：
B⊥S Φ最大
E=0 I=0
B∥V 电动势是零 思考:在这个位置磁通量是多大? 此时线圈所在的平面叫做中性面
第15页/共41页
问题3.若单匝线框所处位置与中性面垂直,设 磁感应强度大小为B ,ab边和cd边长均为 L1,ad边和bc边长为L2,线框绕垂直于磁场并且 过ad和bc边中点的轴旋转,角速度大小为ω. 问: ab边和cd边切割磁感线产生的电动势分别 是多大?
流和电阻两端的电压分别是多少?
i e
u iR
Rr
i Em sin t Rr
i Im sin t
vu i
瞬时值 峰值
R u R r Em sin t
u Um sin t
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五、交流电的图像
问题8.前面是用表达式表示交流电的变化规律, 怎样用图象表示交流电的变化规律?
b a
c d
第39页/共41页
3.一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰 值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s， 试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路 只有电阻元件，总电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多 少？写出电流瞬时值的表达式。
解： 电动势瞬时值的表达式为： e=EmsinWt=400sin314t
第29页/共41页
六、交流发电机
第30页/共41页
第31页/共41页
1、组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极 2、种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机 转动的部分叫转子，不动的部分叫定子
5-1交变电流
有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框 总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角 速度匀速转动，如图所示垂直于线框平面 向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T.问：
(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、 电流最大值分别是多少？ (2)线框从图示位置转过60°时，感应电动 势的瞬时值是多大？ (3)写出感应电动势随时间变化的表达式．
答案：BCD 解析：紧扣正弦交流电产生的条件可知， 轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没 有特别要求.
(1)函数形式：电动势瞬时值 e ＝ Emsinω t ； 电压的瞬时值u＝Umsinω t；电流的瞬时值 i＝Imsinω t； (2)图象形式：用正弦(或余弦)曲线表示 交变电流随时间的变化规律，如下图所 示．
A．将线圈水平向右匀速拉出磁场 B．使线圈以OO′为轴匀速转动 C．使线圈以ab为轴匀速转动 D．磁场以B＝B0sinωt规律变化 答案：BCD 解析：将线圈向右拉出磁场时，线圈中电 流方向不变，A错，B、C两种情况下产生 交变电流，只是在C情况下当线圈全部位 于磁场外的一段时间内线圈内没有电流， 由法拉第电磁感应定律可知D种情况下产 生按余弦规律变化的电流，B、C、D对.
ΔΦ ①线圈平面与中性面重合时，Φ 最大、 ＝0，e (3)特点分析： Δt
＝0、i＝0、电流改变方向； ②线圈平面与中性面垂直时(与平行面重合时)，Φ ＝ ΔΦ 0、 最大、e 最大、i 最大、电流方向不变． Δt ③线圈平面转动一周，电流方向改变两次．
线圈转动过程中的平均电动势如何求？ 答案：线圈在转动过程中某一段时间内或 从一个位置到另一个位置的过程中所产生 的电动势，称为平均电动势，它不等于始、 末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第 电磁感应定律计算，即 同理，计算交变电流在某段时间内通过导 体横截面的电荷量，也必须用平均值，即
5.1交变电流精品课件
问题：从墙面插座孔中获得电流与手电筒中的电 流有什么不同吗？
演示
一、交变电流的概念 1、直流电流(DC)
方向不随时间变化的电流称为直流。电池供 给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属于 直流.
2、交变电流(AC)
家庭电路中的电流,大小和方向都随时间做周 期性变化,这样的电流叫做交变电流。 思考:交变电流的大小是否一定变化?交变电流 与直流电的最大区别是什么?
e=Emsinω t i=Imsinω t u=Umsinω t
Em=NBSω 叫电动势的最大值 Im=Em/R叫电流的最大值 Um=ImR叫电压的最大值
迁移运用
2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交 变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是 （ BC） A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值 B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值 C.在t3时刻通过线圈的磁通量的变化率达到峰值 D.在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
D(C)
t
④ AB边中的感应电动势多大？
e1 BL1V sin BL1
⑤ 线圈中的感应电动势多大？
L2 sin t 2
L2 e 2 BL1 sin t BS sin t 2
三．交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，在时刻 t 线圈 中的感应电动势（AB和CD边切割磁感线 ）
i
0
t1 t2 t3 t4
t
点评：正弦式电流产生过程中，熟练掌握线圈处于中性 面和垂直于中性面时相关量的特点是解决这类问题关键。
3、如图所示，ab边长为20cm，ad边长为10cm 的矩形单匝线圈，磁场的磁感应强度B＝0.2T， 线圈转速n＝100r/s.求： (1)线圈产生的感应电动势的最大值； 1 (2)若从中性面计时，经过 s时线圈电动势的 600 瞬时值是多大？
5.1交变电流优秀课件
问题与练习： 1、根据交变电流的定义，下列电流的波形图哪 些是交流电（ BDF）
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｅ
Ｆ
问题与练习：
2、下图是正弦交流电的波形图，哪个时刻磁通 量最大？（ t1t3 ）哪个位置磁通量变化率最大？ （ t2 t4 ）
φ
０
t1
t2 t3
t4
t
课堂练习 3、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈
e nBS sin t
波形图如右： e Em
０
t
Em nBS
-Em
Em称为电动势的峰值。 e
nBS sin t
e ~
电路中电动势的瞬时值表达式： 电路中的电流瞬时值表达式：
e Em sin t
i I m sin t
电路中的电压瞬时值表达式：
u U m sin t
a
L
× × × × c
d
L
b
×
×
θ
.
ω
L
解析：
L
× ×
×
×
×
×
θ
.
从中性面开始计时：
t
ω
每条切割边的线速度为： 两边产生的感应电动势为：
L v 2 2 e NBL sin t
令 Em NBL2 NBS 则有 e Em sin t
2、从中性面开始计时，交流发电机产生的电 动势瞬时值为：
ccdd线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面1线圈经过中性面时穿过线圈的磁通量但磁通量的变化率为零线圈中的电动势为2线圈经过中性面时电流将改变方向线圈转动一周次经过中性面电流方向改变中性面最大最大为为00两两两两三
5.1《交变电流》
课件8：5.1交变电流
t
大,i最大,电流方向不改变。
【题组训练】 1.(多选)图中哪些情况线圈中产生了交流电 ( )
【解析】选B、C、D。根据正弦交流电产生的条件可知, 轴必须垂直于磁感线,但对线圈的形状没有特别要求。
2.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿 过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示。则下列说法正 确的是 ( )
A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直 B.t=0.01s时刻,Φ的变化率最大 C.t=0.02s时刻,交流电动势达到最大 D.该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示
【解析】选B。t=0时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈 处于中性面的位置,选项A错误;t=0.01s时刻,Φ的变化 率最大,选项B正确;t=0.02s时刻,穿过线圈的磁通量最 大,线圈处于中性面的位置,磁通量变化率为零,电动势 为零,选项C、D错误。
【解析】选A、C。将t=0代入表达式,可得e=0,线圈位于 中性面位置,磁通量最大,A正确,B错误。将t=0.02s,代入 表达式得e=0,此时线圈位于中性面,穿过线圈的磁通量 最大;将t=0.005s代入表达式得e=10V,此时线圈垂直于中 性面,穿过线圈的磁通量为零,故C正确,D错误。
2.(多选)如图所示,一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直 于磁场方向的转轴匀速转动,转动过程中线框中产生的感 应电动势的瞬时值为e=0.5sin20tV,由该表达式可推知以 下哪些物理量( )
(2)电流的峰值为Im=
Em R
=6.28A。
答案:(1)6.28V (2)6.28A
【题组训练】 1.(多选)线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交流电动势的瞬时 值表达式为e=10sin100πtV,则下列说法中正确的是 ( ) A.t=0时,线圈位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最大 B.t=0时,线圈垂直中性面,穿过线圈的磁通量为零 C.t=0.02s时,e=0,线圈位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最大 D.t=0.005s时,e=10V,线圈位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最 大
大,i最大,电流方向不改变。
【题组训练】 1.(多选)图中哪些情况线圈中产生了交流电 ( )
【解析】选B、C、D。根据正弦交流电产生的条件可知, 轴必须垂直于磁感线,但对线圈的形状没有特别要求。
2.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿 过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示。则下列说法正 确的是 ( )
A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直 B.t=0.01s时刻,Φ的变化率最大 C.t=0.02s时刻,交流电动势达到最大 D.该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示
【解析】选B。t=0时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈 处于中性面的位置,选项A错误;t=0.01s时刻,Φ的变化 率最大,选项B正确;t=0.02s时刻,穿过线圈的磁通量最 大,线圈处于中性面的位置,磁通量变化率为零,电动势 为零,选项C、D错误。
【解析】选A、C。将t=0代入表达式,可得e=0,线圈位于 中性面位置,磁通量最大,A正确,B错误。将t=0.02s,代入 表达式得e=0,此时线圈位于中性面,穿过线圈的磁通量 最大;将t=0.005s代入表达式得e=10V,此时线圈垂直于中 性面,穿过线圈的磁通量为零,故C正确,D错误。
2.(多选)如图所示,一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直 于磁场方向的转轴匀速转动,转动过程中线框中产生的感 应电动势的瞬时值为e=0.5sin20tV,由该表达式可推知以 下哪些物理量( )
(2)电流的峰值为Im=
Em R
=6.28A。
答案:(1)6.28V (2)6.28A
【题组训练】 1.(多选)线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交流电动势的瞬时 值表达式为e=10sin100πtV,则下列说法中正确的是 ( ) A.t=0时,线圈位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最大 B.t=0时,线圈垂直中性面,穿过线圈的磁通量为零 C.t=0.02s时,e=0,线圈位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最大 D.t=0.005s时,e=10V,线圈位于中性面,此时穿过线圈的磁通量最 大
人教版选修3-2 5.1交变电流(共19张PPT)
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。
（2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
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5.1 交变电流
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1.线圈经过中性面时，磁通量最大，感应电动势为零， 感应电流为零。
2.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，两次经过中性面，交流电的方向 改变两次。 3.线圈与磁感线平行时（与中性面垂直） ，磁通量为 零，感应电动势最大，感应电流最大。
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理解
公式：e Em sin t
1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所 产生的交变电流按照正弦函数的规律变化——正弦式交流电
2、Em匀速转动过程中能产生电动势的最大值——峰值， ω为线圈转动的角速度 e为瞬时值
3、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立
4、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧
5.1《交变电流》PPT课件(共47页)
感应电流方向b到a
思考与讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
1.中性面：垂直磁场方向的平面． （1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大 φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切 割磁感线），线圈中的感应电动势为零．
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈 转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两 次．
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）NBSω
1、电动势按正弦规律变化
E
max
nBS
e Em sin t
2、电流按正弦规律变化 3、电压按正弦规律变化
u U m sin t
i I m sin t
电流i通过R时：u iR，U m I m R.
5.1《交变电流》
一、交变电流的概念
1、直流电流(DC) 方向不随时间变化的电流 2、交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流
i
t
交变电流是如何产生的呢？
二、交变电流的产生
交 流 发 电 机 模 型
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
五、交流发电机
1、组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极
2、种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机转 动的部分叫转子，不动的部分叫定子
定子
转子
电刷
1、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线 圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时 间t的变化如图所示,下面说法中正确的是 C 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 e 对值最小 E
交变电流 课件
图 5-1-7
从图像中可以解读到以下信息： 1．交变电流的最大值 Im、Em，周期 T。 2．因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁 通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。 3．找出线圈平行于磁感线的时刻。 4．判断线圈中磁通量的变化情况。 5．分析判断 i、e 随时间变化的规律。
[典例] 处在匀强磁场中的矩形线圈 abcd，以恒定的角速度绕 ab 边转动，磁场方 向平行于纸面并与 ab 边垂直，在 t＝0 时刻，
中性面
中性面的垂面
位置
线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行
磁通量
最大
零
磁通量变化率
零
最大
感应电动势
零
最大
感应电流
零
最大
电流方向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
改变
不变
2．正弦交变电流的产生条件 (1)匀强磁场。 (2)线圈匀速转动。 (3)线圈的转轴垂直于磁场方向。
交变电流瞬时值表达式的书写
[典例] 如图 5-1-4 所示为演示用的手 摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度 B＝ 0.5 T，线圈匝数 N＝50，每匝线圈面积为 0.48 m2，转速为 150 r/min，线圈在匀速转 动过程中，从图示位置开始计时。写出交 变感应电动势瞬时值的表达式。
图 5-1-4
[思路点拨]
[解析] 当线圈平面经过中性面时开始计时，则线圈在时 间 t 内转过的角度为 ωt，于是瞬时感应电动势 e＝Emsin ωt。
其中 Em＝NBSω。 由题意知 N＝50，B＝0.5 T，S＝0.48 m2， ω＝2π×60150rad s＝5π rad/s， Em＝NBSω＝50×0.5×0.48×5π V≈188 V， 所以 e＝188 sin 5πt V。 [答案] e＝188 sin 5πt V
从图像中可以解读到以下信息： 1．交变电流的最大值 Im、Em，周期 T。 2．因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁 通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。 3．找出线圈平行于磁感线的时刻。 4．判断线圈中磁通量的变化情况。 5．分析判断 i、e 随时间变化的规律。
[典例] 处在匀强磁场中的矩形线圈 abcd，以恒定的角速度绕 ab 边转动，磁场方 向平行于纸面并与 ab 边垂直，在 t＝0 时刻，
中性面
中性面的垂面
位置
线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行
磁通量
最大
零
磁通量变化率
零
最大
感应电动势
零
最大
感应电流
零
最大
电流方向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
改变
不变
2．正弦交变电流的产生条件 (1)匀强磁场。 (2)线圈匀速转动。 (3)线圈的转轴垂直于磁场方向。
交变电流瞬时值表达式的书写
[典例] 如图 5-1-4 所示为演示用的手 摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度 B＝ 0.5 T，线圈匝数 N＝50，每匝线圈面积为 0.48 m2，转速为 150 r/min，线圈在匀速转 动过程中，从图示位置开始计时。写出交 变感应电动势瞬时值的表达式。
图 5-1-4
[思路点拨]
[解析] 当线圈平面经过中性面时开始计时，则线圈在时 间 t 内转过的角度为 ωt，于是瞬时感应电动势 e＝Emsin ωt。
其中 Em＝NBSω。 由题意知 N＝50，B＝0.5 T，S＝0.48 m2， ω＝2π×60150rad s＝5π rad/s， Em＝NBSω＝50×0.5×0.48×5π V≈188 V， 所以 e＝188 sin 5πt V。 [答案] e＝188 sin 5πt V
高中物理人教版选修32课件：5.1交变电流
第五章
交变电流
1
交变电流
学习目标
交变电流是生产和生活中常用到的电流,
而正弦式电流是最简单和最基本的交变
电流。正弦式电流是电磁感应理论的具
体应用,学习中应注意以下几点:
1.会观察电流(或电压)的波形,理解交变
电流、直流的概念。
2.分析线圈转动一周中电动势和电流方
向的变化,能对交变电流的产生有比较清
7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不
堪忍受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021年11月22日星期一4时20分12秒16:
20:1222 November 2021
8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V
所以 e=314sin 100πt V。
Δ
| - |
|0-|
计算 t=0 至 t= 过程中的平均电动势=N 0 =N
Δ
4
-0
(2)用 E=N
4
4
2π
2
π
即 = NBSω。代入数值得=200 V。
答案:(1)e=314sin 100πt V
线圈在匀强磁场中匀速转动,当处于如图所示位置时,请思考:
切割磁感线的两条边的速度方向与磁场方向是什么关系?此时感应电
动势为多少?
提示图示位置切割磁感线的两条边的速度方向与磁场方向平
行,不产生感应电动势。
探究一
探究二
名师精讲
交变电流
1
交变电流
学习目标
交变电流是生产和生活中常用到的电流,
而正弦式电流是最简单和最基本的交变
电流。正弦式电流是电磁感应理论的具
体应用,学习中应注意以下几点:
1.会观察电流(或电压)的波形,理解交变
电流、直流的概念。
2.分析线圈转动一周中电动势和电流方
向的变化,能对交变电流的产生有比较清
7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不
堪忍受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021年11月22日星期一4时20分12秒16:
20:1222 November 2021
8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V
所以 e=314sin 100πt V。
Δ
| - |
|0-|
计算 t=0 至 t= 过程中的平均电动势=N 0 =N
Δ
4
-0
(2)用 E=N
4
4
2π
2
π
即 = NBSω。代入数值得=200 V。
答案:(1)e=314sin 100πt V
线圈在匀强磁场中匀速转动,当处于如图所示位置时,请思考:
切割磁感线的两条边的速度方向与磁场方向是什么关系?此时感应电
动势为多少?
提示图示位置切割磁感线的两条边的速度方向与磁场方向平
行,不产生感应电动势。
探究一
探究二
名师精讲
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和 旋转电枢式．其中转动的部分叫 转子 ，
不动的部分叫 定子
．发电机转子是
由 水轮机 、 蒸汽轮机 或其它动力
机带动．
2、当线圈转到什么位置时，线圈中没有电动势（电流），转到什么位置时， 线圈中电动势（电流）最大？在这些位置，线圈的磁通量有何特点？ 3、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流？在线圈由丙转 到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流？ 请独立思考后，小组内交流，达成一致意见后，代表发言、展示。
瞬 e=Emsinωt
时 值
i=Imsinωt
u=Umsinωt
Em=NBSω
最
Im=Em/R
大 值
Um=ImR
课堂练习
1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab 边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势 的最大值及对应的线圈位置。
0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。
5.1 交变电流课件
• 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 。
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。
（2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
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
交流发电机简介
交流发电机模型的原理简图
说明:交流发电机有两种，即 旋转磁极式
如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对 称轴以角速度ω匀速转动，设ab、cd边长为L1，ad、bc边长为L2， ab和cd边垂直于纸面，转轴为O．以线圈经过中性面开始计时。
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
课堂练习
2. 一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电 动势的峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度 为ω=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式。 如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻 为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流 瞬时值的表达式。
解：电动势瞬时值的表达式为：
e=Emsinωt=400sin314t 电流峰值为： Im=Em/R=400÷2000=0.2A 电流瞬时值的表达式为：
大？ ωt
v2 v1
4、 ab边产生感应电动势多大？
O
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
令 Em BS 则有 e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值--峰值
i
t
A
B
C
D
直流电(DC) 电流方向不随时间而改变
一、交变电流
按下图所示进行实验演示
一、交变电流(AC)
1.定义:大小和方向都随时间做周期 性变化的电流. 2.产生: 矩形线圈在匀强磁场中绕
垂直于磁场的轴匀速转动。
二、交变电流的产生
根据上面的示意图，思考以下问题：
1、线圈转动过程中，哪些边会产生电动势？ ab边、cd边
i=Imsinωt=2sin314t
课堂练习
3、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为 311V，线圈在磁场中转动的角速度100πrad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻 为100Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120s时 电流强度的瞬时值为多少？ （3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均 值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
（1）电动势按正弦规律变化 e Em sin t
• 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面 时开始计时．
（2）电流按正弦规律变化 i Im sin t
（3）电路上的电压按正弦规律变化
u Um Βιβλιοθήκη in t电流 i Im sin t 通过R时：
u iR，Um ImR.
四、交流电的图像
画一画：为了能更方便地分析、说明问题，请将
立体图转化为平面图，画到你的练习本上。
二、交变电流的产生
甲
想S ⊥一B想： S ∥ B
S⊥B S∥B
向ΦEI==最改00 大线变圈多转少φ EI最最动次=大大一?0 周，ΦEI多==最00少大,次经φEI过最最=中大大0 性面?电流方
中性面
方向 a到b 中性面 方向 b到a
答案（1）e=311Sin100πt （2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）
（3）E m=311V E=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V （4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）
课堂练习
4、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线
圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时
★中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面。
★特点：
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量
的变化率为零（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电
动势为零，电流为零。
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周， 两次经过中性面，电流方向改变两次．
三．交变电流的变化规律