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1、1. 交变电流学 习 目 标知 识 脉 络1.了解恒定电流和交变电流的概念2知道交变电流的产生过程和电动势与电流方向的变化规律(重点 )3理解正弦交变电流的变化规律及表达式，知道中性面、 瞬时值的概念 (重点、难点 )交 变 电 流先填空 1恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流，称为恒定电流2交变电流(1)定义：大小和方向随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流电(2)正弦交变流电：电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流，简称正弦交流电再判断 (1)交变电流即指的是正弦交流电( )(2)教室的照明电路中所用的是正弦式交流电()(3)电流方向做周期性变化的电流就为交变电流()后思考 交
2、变电流的大小是否一定变化？它与直流电的最大区别是什么？【提示】交变电流的大小不一定变化，如方形波电流， 它与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化合作探讨 探讨：探究交变电流的特点如图 2-1-1 所示，把电流表接入到模型发电机的输出端，摇动发电机的手柄， 观察电流表的指针摆动情况是怎样的？电流表指针的摆动情况说明什么问题？第 1页图 2-1-1【提示】随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流大小、 方向都处于变化中核心点击 1直流、交流、恒定电流的特点(1)电流分类：按电流的方向是否变化分直流和交流两种，方向不变的电流称为直流，方向变化的电流称为
3、交流(2)直流分类：分为恒定电流和脉动直流，其中大小、方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流(3)交流分类：按交流电图像特点分正弦(或余弦 )式交变电流、矩形波交变电流、锯形波交变电流等2交变电流与直流电的本质区别(1)交变电流的大小不一定变化，如方形波交变电流，其大小可以是不变的；直流电的大小不一定不变(2)交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变1下列四个图像中不属于交流电的是()【导学号： 46042085】【解析】A、 B、C 中 e 的方向均做周期性变化，故它们属于交流电，D中 e 的大小变化而方向不
4、变，属直流电【答案】D2.对于如图 2-1-2 所示的电流 i 随时间 t 做周期性变化的图像， 下列描述哪些是正确的 ()【导学号： 46042086】图 2-1-2A电流的大小变化，方向也变化，是交流电B电流的大小变化，方向不变，不是交流电第 2页C电流的大小不变，方向不变，是直流电D以上说法都不正确【解析】由 i -t 图像可知，电流的大小变化，但电流方向一直为正，故电流方向不变，根据交变电流、直流电的定义可知，是直流电，B 正确【答案】B1 只要电流的方向发生周期性变化即为交变电流.2 在 i -t 或 u-t 图中，正负表示方向，在读图时不仅要注意图像中的坐标原点是否为 0，还要观察
5、 i u 的值有无正负变化 .正 弦 交 变 电 流 的 产 生 和 表 述先填空 1产生：闭合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，线圈中产生的感应电流就是正弦交流电2描述函数图像瞬时电动势： eEmsin_t瞬时电压： uUmsin_t瞬时电流： iI msin_t最大值表达式： EmNBS .3中性面：线圈平面与磁场垂直的位置再判断 (1)只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流()(2)正弦交变电流的函数形式与计时起点有关()(3)当线圈中的磁通量为零时，产生的电流也为零( )后思考 如图 2-1-3 所示是线圈平面和磁场方向垂直的位置，即中性面位置，在此位
6、第 3页置磁通量最大在此位置为何线圈的电动势为零， 感应电流为零？图 2-1-3【提示】因为线圈 a 边和 d 边线速度方向与磁场方向平行， 不切割磁感线，故电动势为零，感应电流为零合作探讨 在发电机模型中， 线圈所处的位置和感应电动势的大小有直接关系请思考并回答下列问题：探讨 1：当线圈处于如图2-1-4 所示与中性面垂直的位置时，线圈的AB 边或 CD 边切割磁感线的速度有何特点？线圈中的感应电流有何特点？穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？图 2-1-4【提示】线圈处于与中性面垂直的位置时，线圈的AB 边或 CD 边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电流最大
7、，磁通量的变化率最大探讨 2：交变电流在一个周期内，电流方向改变几次？线圈在哪个位置时电流的方向发生改变？【提示】2 次线圈经过中性面时， 线圈中电流的方向发生改变核心点击 1产生在匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图 2-1-5 所示图 2-1-52过程分析 (如图 2-1-6 所示 )图 2-1-6线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为b a d c.线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为b a d c.第 4页线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为a b c d.线圈由丁位置转到甲位置过程中，电流方向为a b c d.3两个特殊位置对比位置中
8、性面中性面的垂面磁通量最大零磁通量变化率零最大感应电动势零最大线圈边缘切割磁感线的有效速度零最大感应电流零最大电流方向改变不变4瞬时值表达式的推导若线圈平面从中性面开始转动，如图2-1-7，则经时间 t：图 2-1-7ab边的线速度跟磁感线方向的夹角：tLadab边转动的线速度大小： v R 2BSab边的感应电动势： eabBLabvsin 2 sin t整个一匝线圈产生的电动势：e2eab BSsin tN匝线圈的总电动势： eNBSsin tEmsin teEm纯电阻电路： iRr Rr sin tI msin t某个电阻 R： uiR I mRsin tUmsin t5峰值表达式Em
9、NBS NmEmImRrUmImR.6正弦交变电流的瞬时值表达式第 5页(1)eNBSsin tEmsin t.eEm(2)i Rr Rr sin tI msin t.(3)uiRImRsin tUmsin t.上面各式中的 e、i、 u 仅限于从中性面开始计时的情况若从垂直于中性面(即从线圈平面与磁场平行时)开始计时，则上述表达式应为e Emcos t，i Imcost，uUmcos t.3(多选 )矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间 ()【导学号： 46042087】A线圈平面与磁感线平行B通过线圈的磁通量最大C线圈中的感应电动势最大D线圈中感应电流的方向
10、改变【解析】在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线， 线圈中没有感应电流，这样的位置叫做中性面根据这一定义，线圈平面经过中性面瞬间，通过线圈的磁通量最大， 线圈中的感应电动势为零， 此时，感应电流的方向发生改变，所以选项B、D 正确【答案】BD4某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律为eEmsin t，保持其他条件不变， 使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时所产生的电动势的瞬时表达式为 ()Ae 2Emsin 2tBe 2Emsin tCe 4Emsin 2tDe 4Emsin t【解析】因 2n，故转速加倍时，角速度也加倍，根据EmNBS，转速和匝数均加倍时，电动势的峰值将变
11、为原来的4 倍，所以选项C 正确【答案】C第 6页5如图 2-1-8 甲所示，一矩形线圈abcd 放置在匀强磁场中，并绕过 ab、cd 中点的轴 OO以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45时 (如图乙 )为计时起点，并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正下列四个选项中正确的是()【导学号： 46042088】图 2-1-8【解析】当从题图乙所示位置转过4时刻，线圈处在中性面位置，感应电流为零，且在此段转动时间内电流方向为从b 流向 a，故选项 B 正确【答案】B6有一 10 匝正方形线框， 边长为 20 cm，线框总电阻为 1 ，线框绕 OO 轴以 10 rad/s的角速度匀
12、速转动，如图 2-1-9，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T问：图 2-1-9(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【解析】(1)交变电流电动势最大值为Em NBS10 0.5 0.2210 V 6.28 V电流的最大值为 IEm6.28A 6.28 A. R 1m(2)线框转过 60时，感应电动势EEmsin 60 5.44 V.(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为e Emsin t 6.28sin 10 t V.【答案】(1)6.28 V6.28 A(2)5.44 V(3)e6.28sin 1
