2013-2014学年高中物理人教版选修3-2同步辅导与检测课件：第5章 第1节 交变电流
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人教版物理选修3-2达标训练人教版物理选修3-2课件第5章 第5节
的关系。
解析：设输电电压为U，所输送的功率为P，输电线路总电阻为r，则输电
电流I＝UP ，线路的功率损失P损＝I2r＝PU22r，可知P损∝U12，当输电电压U升高为原
来的n倍时，功率损失变为原来的
1 n2
，故B正确；线路上的电压损失U损＝Ir＝
Pr U
，可知U损∝
1 U
，当输电电压升高为原来的n倍时，电压损失变为原来的
U R
可知，干路电流大，输电线上损失电压大，电灯两端电压小，
故比深夜时暗，故C正确。
探究二 输电导线上的功率损失
2
远距离输电过程中，输电线上不可避免地有电压和能量损失 (1)输送电能为什么会有电压和能量损失？ (2) 能 量 损 失 的 大 小 与 哪 些 因 素 有 关 ？ 减 小 输 电 线 上 的 能 量 损 失 有 哪 些 措 施？
知识点 3 电网供电
1．远距离输电基本原理 在 发 电 站 内 用 __升__压____ 变 压 器 ， 然 后 进 行 远 距 离 输 电 ， 在 用 电 区 域 通 过 _降__压_____变压器降到所需的电压。 2．电网 通过网状的输电线、__变__电__站___，将许多电厂和广大用户___连__接__起__来____， 形成的全国性或地区性的输电网络。
由R＝ρ
l S
可知，间距一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可
减小电阻。
②减小输电电流I
由P＝UI可知，当输送功率一定时，升高电压可以减小电流。
特别提醒：输电电压是指加在高压输电线起始端的电压U，损失电压是指 降落在输电线路上的电压ΔU＝IR。
例 1 (多选)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的电压
n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失，下列说法中正确的是(不考虑电抗
人教版物理选修32全册精品课件第五章第一节
【思路点拨】 先根据Em＝NBSω计算电动势 的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达 式是e＝Emsinωt还是e＝Emcosωt.
【精讲精析】 (1)交变电流电动势的峰值为
Em＝2nBLv＝nBSω
＝10×0.5×0.22×10π V≈6.28 V 电流的峰值为 Im＝ERm≈6.28 A.
(2)感应电动势的瞬时值表达式为 e＝Emcosωt≈6.28cos10πt V. (3)线圈转过60°，感应电动势 e＝Emcos60°≈3.14 V. 【答案】 (1)6.28 V 6.28 A (2)e＝6.28cos10πt V
ΔΦ
二是根据 q＝n R 计算．
[经典案例] (8分)如图5－1－11所示，匀强磁 场的磁感应强度B＝0.1 T，所用矩形线圈总电 阻为R＝100 Ω，线圈的匝数n＝100，边长lab ＝0.2 m，lbc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s 绕OO′轴匀速转动，试求当 线圈平面从图示位置(与中 性面垂直)转过90°的过程 中：
解析：选C.交变电流的瞬时值表达式e＝ Emsinωt，其中Em＝NBSω，当ω加倍而S减 半时，Em不变，故C正确．
要点3 正弦式交变电流的图象
1.对交变电流图象的认识 如图5－1－8所示，正弦式交变电流随时间变 化情况可以从图象上表示出来，图象描述的 是交变电流的电动势、 电流、电压随时间变 化的规律，它们是正 弦曲线．
【方法总结】 分析交变电流图象时要注意 一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看 “点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”， 并理解其物理意义．一定要把图象与线圈在磁场中 的位置对应起来． 二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之 间的变通关系．例如可借助磁通量的变化图线与电 动势的变化图线是否是互余关系来分析问题． 三判：在此基础上进行正确的分析和判断．
人教版物理选修3-2达标训练人教版物理选修3-2课件第5章 第1节
3．两个特殊位置物理量的特点
名称
中性面
位置
线圈平面与磁场垂直
磁通量
最大
磁通量的变化率
零
感应电动势
零
线圈边框切割磁感线的有效速度
零
感应电流
零
电流方向
改变
中性面的垂面 线面平面与磁场平行
零 最大 最大 最大 最大 不变
特别提醒：(1)线圈每一次经过中性面，线圈中感应电流就要改变方向。 (2)线圈转一周，感应电流方向改变两次。
( ×)
(5) 每 当 线 圈 经 过 中 性 面 时 ， 感 应 电 动 势 或 感 应 电 流 的 方 向 就 改 变 一 次 。
( √)
(6)当线圈位于中性面位置时，线圈中的感应电动势最大。
( ×)
『选一选』 (2019·山东师大附中高二上学期学分认定)如图所示图象中属于交流电的有
( ABC )
〔对点训练1〕 (2019·广东省实验中学高二下学期期中)如图所示，左侧竖
直长导线通有向下方向的恒定电流，一矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2 转 动。当线圈绕轴以角速度ω沿逆时针(沿轴线从上往下看)方向匀速转动，从图示
位置开始计时，下列说法正确的是
( B)
A．t＝0时，线圈产生的感应电动势最大
(1)线圈中感应电动势随时间变化的表达式。 (2)由t＝0至t＝T4过程中的平均电动势值。
解题指导：要理解平均电动势既不是最大电动势值的一半，也不是等于历 时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解。
解析：(1)感应电动势的瞬时值e＝NBSωsinωt，由题可知： S＝lab·lbc＝0.2×0.5 m2＝0.1 m2 Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100π V＝314 V 所以e＝314sin100πt(V)
人教版高中物理选修3-2课件第5章-2
Байду номын сангаас
【解析】 由图象可知，交变电流的周期 T＝0.2 s，交 变电压的最大值 Um＝12 V，所以此交变电流的频率 f＝1/T＝ 5 Hz，角速度 ω＝2π/T＝10π rad/s，交变电压瞬时值的表达 式 u＝Umsin ωt＝12sin 10πt(V)，选项 A、B 均正确；标有“12 V 3 W”的灯泡正常发光时其两端电压的有效值为 12 V，而 交变电压有效值 U＝Um/ 2＝6 2V，所以灯泡不能正常发光， 选项 C 错误；图象上对应的 0.1 s 时刻，交变电压瞬时值为零， 穿过发电机中的线圈的磁通量最大，发电机中的线圈刚好转 至中性面，选项 D 正确．
A．10 2A B．10 A
C．7 2A D．9 A
图 5－2－3
【解析】 设此交变电流的有效值为 I，则根据电流的热
效应有：I2R×2×10－2＝(8 2)2R×10－2＋(6 2)2R×10－2，解
得 I＝10 A，选项 B 正确．
【答案】 B
交变电流的“四值”对比 【问题导思】 1．正弦交流电的“四值”分别是什么？ 2．交变电流的“四值”分别在什么情况下使用？
【审题指导】 (1)线圈在磁场中匀速转动产生的正弦交 流电．
(2)电表的示数应为交流电的有效值． (【3)解求析解】电荷量(1)应Em用＝交N流BS电ω的＝平10均0×值π1．×0.05×2π×36000 V ＝50 V，E＝Em＝25 2 V≈35.4 V
2 (2)在图中位置线圈处于中性面，故交变电流的瞬时值 e ＝Emsin ωt，则 e＝50 sin(2π×36000t)V＝50 sin 10 πt V.
圈电阻为 1 Ω，外接电阻 R＝9 Ω，匀强
磁场的磁感应强度为 B＝1πT，当线圈以 300 r/min 的转速匀速转动时，求：
【解析】 由图象可知，交变电流的周期 T＝0.2 s，交 变电压的最大值 Um＝12 V，所以此交变电流的频率 f＝1/T＝ 5 Hz，角速度 ω＝2π/T＝10π rad/s，交变电压瞬时值的表达 式 u＝Umsin ωt＝12sin 10πt(V)，选项 A、B 均正确；标有“12 V 3 W”的灯泡正常发光时其两端电压的有效值为 12 V，而 交变电压有效值 U＝Um/ 2＝6 2V，所以灯泡不能正常发光， 选项 C 错误；图象上对应的 0.1 s 时刻，交变电压瞬时值为零， 穿过发电机中的线圈的磁通量最大，发电机中的线圈刚好转 至中性面，选项 D 正确．
A．10 2A B．10 A
C．7 2A D．9 A
图 5－2－3
【解析】 设此交变电流的有效值为 I，则根据电流的热
效应有：I2R×2×10－2＝(8 2)2R×10－2＋(6 2)2R×10－2，解
得 I＝10 A，选项 B 正确．
【答案】 B
交变电流的“四值”对比 【问题导思】 1．正弦交流电的“四值”分别是什么？ 2．交变电流的“四值”分别在什么情况下使用？
【审题指导】 (1)线圈在磁场中匀速转动产生的正弦交 流电．
(2)电表的示数应为交流电的有效值． (【3)解求析解】电荷量(1)应Em用＝交N流BS电ω的＝平10均0×值π1．×0.05×2π×36000 V ＝50 V，E＝Em＝25 2 V≈35.4 V
2 (2)在图中位置线圈处于中性面，故交变电流的瞬时值 e ＝Emsin ωt，则 e＝50 sin(2π×36000t)V＝50 sin 10 πt V.
圈电阻为 1 Ω，外接电阻 R＝9 Ω，匀强
磁场的磁感应强度为 B＝1πT，当线圈以 300 r/min 的转速匀速转动时，求：
【全优课堂】2014秋高中物理 第五章 交变电流章末整合课件 新人教版选修3-2
解析： (1)感应电动势的最大值为 Em＝nBωS＝3.14 V. (2)转过 60° 时的瞬时感应电动势为 e＝Emcos 60° ＝3.14×0.5 V＝1.57 V. (3)转过 60° 角过程中产生的平均感应电动势为 3 0.5×0.1×0.1× 2 ΔΦ BSsin 60° E ＝n ＝n ＝100× V＝2.6 V. Δt 1 1 2π T × 6 6 2π (4)电压表示数为外电路电压的有效值 3.14 2 E U＝ · R＝ ×4 V＝1.78 V. R＋r 4＋1
交变电流
专题 1 交流电瞬时值、最大值、有效值、平均值的计算和应用 1．瞬时值：它反映的是不同时刻交流电的大小和方向，瞬时值 是时间的函数，正弦交流电瞬时值表达式为：e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，应当注意此式表示从中性面开始计时． 2． 最大值： 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的 交变电流的电动势，其最大值 Em＝nBSω，在考虑电容器的耐压值 时，应根据交流电的最大值．
图 5－2
现将开关 S 闭合， 则图中所有交流电表的示数以及输入功率 的变化情况是( ) A. 、 的示数不变， 的示数增大， 的示数减小，P 入 增大 B. 、 的示数不变， 、 的示数增大，P 入增大 C. 、 的示数不变， 、 的示数减小，P 入减小 D. 的示数不变， 的示数增大， 的示数减小， 的示 数增大，P 入减小
专题 2理想变压器的基本关系和动态分析问题 U1 n1 1．电压思路：变压器原、副线圈的电压之比为 ＝ ；当 U2 n2 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 UP nP 之间总有 ＝ . UQ nQ 2．功率思路：理想变压器的输入、输出功率关系为 P 入＝P 出，即 P1＝P2；当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋„ I1 n2 3．电流思路：对只有一个副线圈的变压器有 ＝ ；当变压 I2 n1 器有多个副线圈时 n1I1＝n2I2＋n3I3＋„
2013年人教版物理选修3-2全册精品课件 第五章第二节
图5－2－4
栏目 导引
第五章
交变电流
解析：在各正半周内交流电为正弦式交流，相 Im 应有效值为 I1＝ ；各负半周为方波交流电， 2 相应有效值为 I2＝Im.取电阻为 R，考虑一个周 期内的热效应，设该交变电流的有效值为 I， T 2 T 2 2 根据有效值的定义有 I RT＝I1R· ＋I2R· ， 2 2 2 I1＋I2 3 2 由此得 I＝ ＝ Im 导引
第五章
交变电流
热点示例创新拓展
交变电流的四值对比
栏目 导引
第五章
交变电流
栏目 导引
第五章
交变电流
栏目 导引
第五章
交变电流
[经典案例] (14 分)如图 5－2－5 所示，在匀强磁 场中有一个电阻 r＝3 Ω 、 面积 S＝0.02 m2 的半圆 形导线框可绕 OO′轴旋转． 已知匀强磁场的磁感应 5 2 强度 B＝ T．若线框以 π ω＝100π rad/s 的角速度匀速转 动，且通过电刷给“6 V 12 W”的小灯泡供电，则： 图5－2－5
栏目 导引
第五章
交变电流
成功发现 1．定义：让交流与恒定电流分别通过大小 相同 ________的电阻，如果在交流的一个周期内 相等 它们产生的热量_________，那么这个恒定电 流的电流I、电压U，就叫做这个交流的有效
值．
2．应用：①交流电气设备上所标的额定电压 有效值 和额定电流都是____________；
栏目 导引
第五章
交变电流
Em (3)线框产生的电动势的有效值 E＝ ＝10 V， 2 E 灯泡两端电压 U＝ R＝5 V．因 U＜6 V，故 R＋r U2 52 灯泡不能正常发光，其实际功率 P＝ R ＝ W 3 25 ＝ W．(4 分) 3 2 【答案】 (1)e＝10 2cos100π t V (2) C 60π 无关 25 (3)不能 W 3
2013-2014学年高中物理（新课标人教版）同步学习方略课件 选修3-1：5-2
π 3
＝
1 2
BS，ΔΦ＝
Φ1－Φ2＝12BS.由以上各式可解得q＝NR＋ΔΦr＝0.8 C.
(3)电动势的有效值为E＝Em2＝5020 V＝354 V， 电流表的示数I＝R＋E r＝35.4 A. 电压表的示数U＝IR＝35.4×9 V＝318.6 V.
答案 (1)e＝500sin10πt V (2)0.8 C (3)318.6 V 35.4 A
教材知识梳理
知识点一 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， 用T表示，单位是秒． 2．频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，用f 表示，单位赫兹，符号Hz. 3．二者的关系：T＝1f 或f＝T1 .
知识点二 峰值和有效值 1．峰值：交变电流的电压、电流所能达到的最大值， 其物理意义是用来表示电流的强弱或电压的高低． 2．有效值． 让交变电流和恒定电流通过大小相同的电阻，在交流电 的一个周期内它们产生的热量相等，这个恒定电流的电流、 电压叫做这个交变电流的电流、电压有效值．
1．最大值与转动轴的选取无关，即当B、S、ω一定 时，只要线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线且在线圈平面内的 不同轴匀速转动，则Em＝BSω不变．
2．最大值与线圈形状无关，即当B、S、ω一定时，无 论线圈是正方形、长方形、圆形、半圆形还是扇形或其他形 状，Em＝BSω不变．
最大值在实际中有一定的指导意义，所有使用交变电流 的用电器，其最大耐压值，应大于其使用的交流电压的最大 值；电容器上的标准电压，即其耐压值，是电容器所允许加 的电压的最大值.
4．平均值．
用公式E＝N
ΔΦ Δt
计算电动势的平均值，某段时间内的交
变电流的平均值一般不等于这段时间始、末时刻瞬时值的算
【赢在课堂】2014年高中物理(新课标人教版)选修3-2配套课件 5.5
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课堂合作探究
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问题导学
一、输电线上的电压损失和功率损失
活动与探究 1
输电电路图
1.假定输电线路中的电流是 I,两条导线的总电阻是 r,在图中导线电 阻集中画为 r,输送功率为 P。发电厂输出的电压为 U1,则输电线上损失 的电压为 Ir;用户得到的电压为 U1-Ir。 怎样才能减小导线上损失的电压 呢? 答案:减小输电线电阻,提高输电电压。
5
电能的输送
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课前预习导学
目录Biblioteka 退出目标导航学习目标 1.能说出交变电流从变电站到用户的输电 过程。 2.会分析远距离输电时降低损耗的措施。 3. 记住远距离输电线路的基本构成 , 会对简单 的远距离输电线路进行定量计算。 重点难点 重点:输电线路的 分析与计算。 难点:远距离输电回路 的分析方法。
P nU 1 n
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二、电能的远距离传输过程分析
活动与探究 2 如图主要有:发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用 电器。为使用电高峰期家中的白炽灯不至于太暗,应采取怎样的措施? 要达到用户电压始终不变的理想状态,可采取什么措施?
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答案:可以适当增大降压变压器的输出电压,还可以增大输电线的 横截面积,以减少输电线路上的电压损失。要达到彻底解决这个问题 的理想状态,可以将输电线全部更换为超导电线,这样灯泡两端的电压 将不随输电线上电流的变化而变化了。
预习交流
为什么要采用高压输电? 答案:输电功率 P=UI,在输送功率一定的情况下,提高输电电压,可 减小输电电流,从而减少输电线上的功率损失。
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3.电网供电 (1)远距离输电基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行 远距离输电,在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。 (2)电网:通过网状的输电线、变电站,将许多电厂和广大用户连接 起来,形成全国性或地区性的输电网络。 (3)电网输电的优点 ①降低一次能源的运输成本,获得最大的经济效益。 ②减少断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡,保障供电的质 量。 ③合理调度电力,使电力的供应更加可靠,质量更高。
【赢在课堂】2014年高中物理(新课标人教版)选修3-2配套课件 5.2
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迁移与应用 1 如图所示为一交变电流随时间变化的图象,求此交变电流的有效 值。
答案: 5A 解析:由有效值的定义可得 I2R·T=I1 2 R· + I2 2 R·
2 2 1 2 4 2 1 2 T 2 T 2
即 I2=( )2· A2+( )2· A2 解得 I= 5A。
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计算交变电流有效值的依据是电流的热效应,解题时,还要注意以 下几个问题: 1.交变电流产生的热量,与电流的方向无关。 2.求解有效值时,时间一般只选取一个周期。 3.计算有效值的基础是求恒定电流产生的热量和交变电流产生的 热量,这类题的图象都是由矩形波或正弦波组合而成的,交变电流在一 个周期内产生的热量,等于各部分电流产生的热量之和。
C。
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正弦交流电四值的比较
物理含义 瞬 时 值 最 大 值 交变电流某一时刻的 值 最大的瞬时值 重要关系 e=Emsinωt i=Imsinωt Em=nBSω Im=
������m ������+������
适用情况 分析线圈某一时刻的受力情 况 确定用电器的耐压值
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(1)计算与电流热效应相关 有效 值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值 E=Em/ 2 U=Um/ 2 I=Im/ 2 的量(如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电 压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流
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1 ������
T,当线圈以 300 r/min
答案:(1)35.4 V (3)0.16 C
(2)31.86 V
1 ������
3.54 A
300 V=50 60
解析:(1)Em=NBSω=100× ×0.05×2π× E=
人教版高中物理选修3-2课件ZXXKCOM2011051716430147705
通直流，阻交流 通低频，阻高频
低频扼流圈（L大） 高频扼流圈（L小）
电容对交变电流的作用：
通交流，隔直流 通高频，阻低频
隔直电容器
高频旁路电容器 （C小）
例1、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频 成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图 示电路，其L的作用是________________，C的作用 是__________。
解析：因L有“通低频、阻高频”的特点，因 此L的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有少 量的高频成分，利用C“通高频、阻低频”的特 点，使绝大部分高频成分从C流过。
P38说一说
例2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U＝ 220V、频率f＝50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相 同（L无直流电阻）。
高中物理课件
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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
引入：
在直流电路中，电压、电流和电阻的关系 遵从欧姆定律，在交流电路中，如果电 路中只有电阻，例如白炽灯、电炉等， 实验和理论分析都表明，欧姆定律仍适 用．但是如果电路中包括电感、电容， 情况就要复杂了．
一、电感对交变电流的阻碍作用
电容器，接入交流电时，灯泡亮了，说明交流
能够通过电容器。
电容器对交流电路存在阻碍作用，且电容越大、
频率越高，阻碍作用越小。
（2）实验结论： 电容器有“通交流，隔直流”的作用。
(3)、实验现象分析：——电容通交隔直的原因
电容器通过充电和放电电路中就有了电流， 表现为交流通过了电路。
2.容抗
（1）反映电容对交流的阻碍作用
（1）将交流电源的频率变为f＝100Hz，则（A）C （2）将电源改为U＝220V的直流电源，则（）BC A．A灯比原来亮B．B灯比原来亮 C．C灯和原来一样亮D．C灯比原来亮
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1 达式．在t＝120 s时的电流的瞬时值为多少？
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变式迁移 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( ) 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
产生电动势，线圈上就有了
电流(或者说穿过线圈的磁通 量发生变化而产生了感应电流)． 金品质•高追求 我们让你更放心！
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具体分析如下图所示，当线圈转动到图①位置时，导体不切 割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图②位置时，导体 垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈 在图③位置同线圈在图①位置；线圈在图④位置时，电流从 a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图⑤位置同 在图①位置．线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电 流．
流叫正弦交流电．
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注意：(1)式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情 况．
(2)在轴与磁场垂直的前提下，交变电流的表达式与轴
的位置无关． (3)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭 合电路欧姆定律得 i＝
e Em sin ωt，可写为i＝Imsin ωt. ＝ R＋r R＋r
1．大小和方向 方向 2．e＝Emsin ωt Em
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一、交变电流的产生 1．交变电流的定义
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流．
2．交变电流的产生过程分析： 如右图所示为线圈abcd在磁场 中绕轴OO′转动时的截面图， ab和cd两个边切割磁感线，
(2)线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通
量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最
大．
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一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈 通过中性面时( )
A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
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二、交变电流的变化规律 1．交变电流的数学表达式
如右图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和 cd边产生的电动势均为BLvsin ωt，则此时整个线圈的电动势 为 e＝2BLvsin ωt. ①
或写为e＝Emsin ωt ② 由e＝Emsin ωt知，线 圈中的交变电流按正弦函 数规律变化，这种交变电
答案：D
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能力提升 7．（双选）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．当从线 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＝ 时刻( ) A．线圈中的电流最大 B．穿过线圈的磁通量为零 C．线圈所受的安培力为零 D．线圈中的电流为零
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电灯、电报、电话、电车、电焊、电影放映机等的相继 问世，使电力的应用范围不断扩大，人们对电力的需求因此 也不断增长.1882年，法国物理学家德普雷发现了远距离送 电的方法；同年，美国发明家爱迪生建立的第一个火力发电
站开始运行．
到19世纪末20世纪初，世界进入了电气时代．
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交变电流
第1 节
交变电流
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电气时代的到来 法拉第于1831年发现了电磁感应现象之后，工程技术专
家敏锐地意识到电力对人类生活的意义，纷纷投身于电力开
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注意：(1)线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方 向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最 大的时刻)．由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两 次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两
次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面．
D．线圈中的电动势为零
解析：由中性面的特点可知A、B、D正确．
答案：ABD 金品质•高追求 我们让你更放心！
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变式迁移 1．下图中哪些情况线圈中没有产生交流电( )
解析：由正弦交流电的产生条件可知，轴必须垂直于 磁感线，但对线圈的形状没有特别要求． 答案：A 金品质•高追求 我们让你更放心！
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1．________都随时间做周期性变化的电流叫做交变电
流；________不随时间变化的电流称为直流． 2．正弦式交变电流的电动势e随时间变化的规律为 ________，式中________叫做电动势的峰值．
应电动势达到峰值，线圈中的磁通量变化率达到峰值．
答案：D
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基础巩固
1．下图所示图象中不属于交流电的有(
)
解析：图A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于 交流电．
发、传输和利用方面的研究． 1832年，法国发明家皮克西制成第一台手摇发电机； 1867年，德国工程师西门子制造了第一台自馈式发电机，大 大提高了发电的效率．
世界上第一台直流电动机则是在1834年由美国工程师达
文波特在美国物理学家约瑟夫· 亨利的支持下制造的．从此， 电力开始成为取代蒸汽动力的新能源． 金品质•高追求 我们让你更放心！
◆物理•选修3-2•(配人教版)◆ 3．交变电流的峰值
(1)交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电 流的峰值．以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低． (2)意义：磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬 时值．对单匝线圈而言，其电压的峰值可表示为
Em＝2BLv或Em＝BSω.
2BLv BSω 电流的峰值可表示为Im＝ 或Im＝ . R R
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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311 V，线圈在磁场中转动的角速度是 100π rad/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 路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流的瞬时表
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π T 解析： t＝2ω＝ 4 ，此时线圈位于中性面位置，所以
穿过线圈的磁通量最大，B错误，由于此时感应电动势 为零，所以线圈中电流为零，线圈所受的安培力为零， A错误，C、D正确． 答案：CD
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祝
您
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R两端电压可记为：u＝Umsin ωt.
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◆物理•选修3-2•(配人教版)◆ 2．正弦交流电的图象 正弦交变电流随时间的 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，如右图所示． 从图中我们可以找出正弦交 变电流的最大值Im、周期T， 也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为 零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的 时刻；线圈中磁通量最大的时刻是零时刻、t2时刻和t4时 刻．也可以根据线圈旋转至平行磁感线时，感应电动势最大、 线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行磁 感线的时刻；线圈中磁通量为零是在t1时刻和t3时刻，感应电 动势最大和感应电流最大的时刻是t1时刻和t3时刻． 返回 金品质•高追求 我们让你更放心！
磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的 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 金品质•高追求 我们让你更放心！
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解析：从题图中可知，t1时刻线圈中感应电动势达到 峰值，磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，线圈平面 与磁感线平行，t2时刻感应电动势等于零，磁通量变化率 为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值，t3时刻感
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变式迁移 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( ) 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
产生电动势，线圈上就有了
电流(或者说穿过线圈的磁通 量发生变化而产生了感应电流)． 金品质•高追求 我们让你更放心！
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具体分析如下图所示，当线圈转动到图①位置时，导体不切 割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图②位置时，导体 垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈 在图③位置同线圈在图①位置；线圈在图④位置时，电流从 a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图⑤位置同 在图①位置．线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电 流．
流叫正弦交流电．
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注意：(1)式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情 况．
(2)在轴与磁场垂直的前提下，交变电流的表达式与轴
的位置无关． (3)若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭 合电路欧姆定律得 i＝
e Em sin ωt，可写为i＝Imsin ωt. ＝ R＋r R＋r
1．大小和方向 方向 2．e＝Emsin ωt Em
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一、交变电流的产生 1．交变电流的定义
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流．
2．交变电流的产生过程分析： 如右图所示为线圈abcd在磁场 中绕轴OO′转动时的截面图， ab和cd两个边切割磁感线，
(2)线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通
量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最
大．
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一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈 通过中性面时( )
A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
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二、交变电流的变化规律 1．交变电流的数学表达式
如右图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和 cd边产生的电动势均为BLvsin ωt，则此时整个线圈的电动势 为 e＝2BLvsin ωt. ①
或写为e＝Emsin ωt ② 由e＝Emsin ωt知，线 圈中的交变电流按正弦函 数规律变化，这种交变电
答案：D
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能力提升 7．（双选）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．当从线 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＝ 时刻( ) A．线圈中的电流最大 B．穿过线圈的磁通量为零 C．线圈所受的安培力为零 D．线圈中的电流为零
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交变电流
第1 节
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注意：(1)线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方 向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最 大的时刻)．由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两 次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两
次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面．
D．线圈中的电动势为零
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变式迁移 1．下图中哪些情况线圈中没有产生交流电( )
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1．________都随时间做周期性变化的电流叫做交变电
流；________不随时间变化的电流称为直流． 2．正弦式交变电流的电动势e随时间变化的规律为 ________，式中________叫做电动势的峰值．
应电动势达到峰值，线圈中的磁通量变化率达到峰值．
答案：D
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(1)交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫做交变电 流的峰值．以此可以表示交变电流的强弱或电压的高低． (2)意义：磁场中旋转线圈与中性面垂直时交变电流的瞬 时值．对单匝线圈而言，其电压的峰值可表示为
Em＝2BLv或Em＝BSω.
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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311 V，线圈在磁场中转动的角速度是 100π rad/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 路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流的瞬时表
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π T 解析： t＝2ω＝ 4 ，此时线圈位于中性面位置，所以
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R两端电压可记为：u＝Umsin ωt.
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磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的 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 金品质•高追求 我们让你更放心！
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