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1、第一节 交变电流【学习目标】1.熟记交、直流电的特点，并能准确区分交变电流和直流。2.知道什么是中性面，在理解的基础上熟记中性面的特点。3.能判断线圈在匀强磁场中绕固定轴转动的过程中产生的电动势的类型，并准确判断某一时刻感应电流的方向和计算该时刻感应电动势的大小。4.能在具体情境中准确写出交变电流瞬时值（从中性面或从垂直中性面计时）和峰值的表达式，并知道其决定因素。5.能进行简单的含交变电流电路的分析和计算。【新知预习】一交流和直流1.交变电流（AC）： 和 方向都随时间做周期性变化的电流。2.直流（DC）： 不随时间变化的电流。二交变电流的产生1.下图为交流发电机的示意图,一矩形线圈在匀强磁
2、场中以角速度匀速转动（为了清楚简单，只画出一匝线圈）上述情景中线圈转动时，产生的是哪类感应电动势？哪部分导体产生了感应电动势？ 上图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？ 在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流又向哪个方向流动？ 线圈转到什么位置时没有电流，转到什么位置时电流最大？ 在图a中大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线（规定从E经过负载流向F的电流方向为正方向）如右图，是以甲图位置为计时始点，经过时间t时线框的平面图（截面图）。已知AD边长为l1，AB边长为l2，线框转动的角速度为。在图中分别标出AB棒、CD棒切割磁感线产生感应电流的方向。分别计算AB、CD棒切
3、割磁感线产生感应电动势的大小。整个回路中产生的感应电动势的大小。在图b中画出e-t图线，和中的i-t图线进行比较，有何启示？2.中性面：线框位于与磁感线垂直的平面。指出上面甲、乙、丙、丁四幅图，哪几幅图线框处于中性面？ 线框在中性面位置时，有没有产生了感应电动势？为什么？ 线框在经过中性面之前，感应电流方向怎样？经过中性面后感应电流的方向又如何？ 试归纳线框经过中性面的特点。（提示：从电流的方向、几个角度进行思考）。 三交变电流的变化规律1.正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流。它是最简单又最基本的交变电流。若转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时，则电动势按
4、正弦规律变化：e 电流按正弦规律变化：i 电压按正弦规律变化：u 2.瞬时值：e为电动势在时刻t的瞬时值。3.峰值：Em为电动势的最大值，也叫电动势的峰值。Em 。【导析探究】导析一： 交变电流的瞬时值表达式的推导例1.若以上面乙图作为计时的起点，推导出经过时间t线框中感应电动势e的表达式。导析二： 对交变电流图象的理解例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e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是()At1时刻穿过线圈的磁通量为零Bt2时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻穿过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e变换方向时，穿过线圈的磁通量
5、的绝对值都为最大导析三： 含交变电流电路的分析和计算例3.一台发电机产生正弦式电流，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=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2k，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。【当堂检测】1.交流发电机在工作时电动势为e=Emsint，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其它条件不变，则其电动势变为（ ）A B C D2.如图所示是一个正弦交变电流的 it 图象，根据这一图象，以下说法正确的是( )Ai2sin 0.4t ABi2sin 5t ACi0.1 s
6、时，线圈平面与磁感线平行Dt0.1 s 时，线圈平面与磁感线垂直3.单匝矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图所示，abdcl1，adbcl2，从图示位置起以角速度绕不同转轴做匀速转动( )A以 OO为转轴时，感应电动势 eBl1l2sin tB以 O1O1为转轴时，感应电动势 eBl1l2sin tC以 OO为转轴时，感应电动势 eBl1l2cos tD以 OO为转轴或以 ab 为转轴时，感应电动势4.如图所示，KLMN是一个竖直的矩形线框，全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，KL边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度匀速转动。在KL边与磁场方向到达30角的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小是多少？标出线框此时电流的方向。已知从上往下看线框沿逆时针方向转动。3
