普通高中物理选择性必修二第三章第1节 交变电流

关于普通高中物理选择性必修二第三章第1节 交变电流的竖屏导图，包括交变电流、交变电流的产生、交变电流的变化规律、交流发电机等内容，作为备课参考。

• 普通高中物理选择性必修二 第三章第1节 交变电流
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 把高压电流在能量损失较小的情况下通过普通电线输送到迄今连想也不敢想的远距离，并在那一端加以利用¼¼这一发现使工业几乎彻底摆脱地方条件所规定的一切界限，并且使极遥远的水力的利用成为可能，如果在最初它只是对城市有利，那么到最后它终将成为消除城市对立的最强有力的杠杆。——恩格斯
• 用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？
  • 在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。
• 交变电流
• 电流
  • 交变电流
    • 电流、电压随时间做周期性变化的电流。
      • 交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流。
        • 学校实验室的学生电源就有这种功能。
        • 日常使用的各种充电器能把交变电流变成低压直流。
      • 供给工农业生产和日常生活用电的电力系统中，发电机产生的电动势是随时间周期性变化的，因而电流、电压也随时间做周期性变化。
  • 直流
    • 方向不随时间变化的电流。
      • 在恒定电流的电路中，电源的电动势不随时间变化，电路中的电流、电压也不随时间变化。
      • 电池供给的电流方向不随时间变化，属于直流。
• 演示
  • 观察交变电流的方向
    • 实验装置
      • 把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端。
    • 实验观察
      • 转动手柄，两个磁极之间随着转动。观察发光二极管的发光情况。
• 交变电流的产生
• 交流 发电机
  • • 装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场。
    • 线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上。
    • 导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。
• 思考讨论
  • 假定线圈沿逆时针方向匀速转动
    • 可以根据右手定则判定线圈运动时，AB边或CD边感应电流的方向。
      • AB边或CD边运动时，由于垂直于磁感线方向的速度不断变化，因而感应电动势也在变化，感应电流同时发生变化。
      • 假设电流从E经过负载流向F的方向记为正，反之为负。
      • 在横坐标轴上标出线圈到达图中甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻，可以大致画出感应电流随时间变化的曲线。
    • 在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
    • 在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
    • 转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？
• 交变电流的变化规律
• 交变电流变化规律
  • t=0 时刻
    • • 中性面
        • 导线AB的速度方向刚好与磁感线平行，因此感应电动势为0。
  • 经过时间 t
    • • 线框转过的角度
        • 旋转过程AB和CD的速度
        • 与磁感线垂直的分速度为
        • 线框上产生的感应电动势
• • • 是常数，表示电动势可能达到的最大值。
      • 单匝线圈
      • 线圈匝数为N，则
  • S
    • S表示线框的面积，
      • AB和CD边的长度为l，AD和BC的长度为d
  • • 线圈旋转的角速度为
• 正弦式 交变电流
  • 按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。
  • 当发电机的电动势按正弦规律变化，负载为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压u、流过的电流i，也按正弦规律变化。
  • • 式中Em、Um、Im分别是电动势、电压和电流的最大值，也叫峰值。
    • e、u、i是相应物理量的瞬时值。
  • 正弦式电流是最简单最基本的交变电流
    • 电力系统中应用的大多是正弦式电流。
    • 在电子技术中也常遇到其他形式的交流。
      • 三角形脉冲
        • 矩形脉冲
• 交流发电机
• 交流 发电机
  • 基本 组成
    • 产生感应电动势的线圈（通常叫作电枢）
    • 产生磁场的磁体
    • 电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。
      • 磁极转动，电枢不动的发电机叫作旋转磁极式发电机。
        • 不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。
  • 两种 发电机
    • 旋转电枢式发电机
      • 转子产生的电流，必须经过裸露的滑环和电刷引到外电路。
        • 如果电压很高，可能发生放电，滑环和电刷很快会烧坏。
      • 转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多。
        • 产生的感应电动势不能很高，输出的电压一般不超过500V。
    • 旋转磁极式发电机
      • 克服旋转电枢式发电机的缺点。
        • 能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几兆瓦。
        • 大多数发电机是旋转磁极式的。
  • 发电机转子
    • 由蒸汽轮机、水轮机等带动。
      • 蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
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