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1、第三章第三章 交变电流交变电流学习目标物理与STSE1.知道交变电流、直流的概念2知道中性面的概念及其特点3知道交变电流的产生原理，会分析线圈转动一周中电动势和电流的变化规律及表示方法4掌握并会计算交变电流的峰值、瞬时值 日常生活中的各 大型交变电流发种电器大多数都 电机组使用交变电流 知识点一交变电流1.恒定电流：强弱和方向都不随时间改变的电流，简称直流.2.交变电流：强弱和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流.3.特点：电流的方向发生周期性变化，若方向不变，即使大小变化也是直流电流.4.波形图.（1）定义：电流或电压随时间变化的图像（如图所示）.（2）观察方法：用示波器进行观察.5.日
2、常生活和生产中所使用的交变电流：它是按正弦规律变化的交变电流.知识点二交变电流的产生1.交变电流的产生.交变电流是由交流发电机产生的，交流发电机的最基本结构是线圈和磁极.线圈可绕中心轴转动，如图所示.2.交流发电机原理.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交变电流，交变电流的大小和方向分别由法拉第电磁感应定律和楞次定律来确定.3.中性面.（1）定义：线圈平面垂直于磁感线的位置叫作中性面.（2）中性面的性质特点.线圈平面经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零，感应电流为零.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
3、向改变两次.知识点三用公式描述交变电流1.正弦式交变电流.按正弦规律变化的交变电流简称正弦式电流.2.正弦式电流的峰值、瞬时值（从中性面开始计时）.3.几种常见的交变电流的波形.甲：家庭电路中的正弦式交变电流乙：示波器中的锯齿波扫描电压丙：电子计算机中的矩形脉冲丁：激光通信中的尖脉冲 小试身手1.如图所示，图像中不属于交变电流的有（）解析：交变电流是指电流的方向发生变化的电流，电流的大小是否变化对其没有影响，电流的方向变化的是A、B、C，是交变电流，D是直流电流，故选D.答案：D2.（多选）矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动（）A.在中性面时，通过线圈的磁通量最大B.在中性面时，
4、感应电动势为零C.穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D.线圈每通过一次中性面，电流方向改变一次解析：中性面是线圈在磁场中运动但不产生感应电动势的位置，此时线圈的每一条边都不切割磁感线，必定是线圈平面与磁感线垂直，穿过线圈的磁通量最大.答案：ABD3.如图所示，面积均为S的单匝线圈绕轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度匀速转动，从图中所示位置开始计时，下图中能产生正弦交变电动势eBSsin t的是（）解析：由题图知，只有A、B图在切割磁感线，导致磁通量在变化，从而产生感应电流，但B中在t0时产生的感应电动势最大，不按正弦规律变化，故只有A中产生正弦交变电动势eBSsin t，A正确.答案
5、：A探究一交变电流的产生1.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.2.过程分析.线圈绕OO轴沿逆时针方向匀速转动，如图（a）至（e）所示.转动过程磁通量变化电流方向（a）（b）减小abcd（b）（c）增大abcd（c）（d）减小dcba（d）（e）增大dcba3.两个特殊位置的对比.项目中性面位置（a）（c）（e）与中性面垂直位置（b）（d）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改变不变【典例1】（多选）如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是（）A.线圈每转
6、动一周，指针左右摆动一次B.图示位置为中性面，线圈中无感应电流C.线圈逆时针转动到图示位置ab边的感应电流方向为abD.线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项A正确；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为ab，故选项B错误，C正确；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，故选项D错
7、误.答案：AC交变电流的变化特点（1）线圈转至与磁感线平行时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，故线圈每转一周，电动势最大值出现两次.（2）线圈每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次.线圈转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都改变两次.1.（多选）下图中哪些情况，线圈中产生了正弦交变电流（均匀速转动）（）解析：根据正弦交变电流产生的条件可知，B、C、D正确.答案：BCD2.（多选）矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（）A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势
8、也为零C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零解析：线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率也等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻发生变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故选项C、D正确.答案：CD3.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动，线圈平面位
9、于如图甲所示的匀强磁场中.通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（）A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变C.t2、t4时刻线圈中磁通量最大D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小探究二交变电流的变化规律1.电动势瞬时值表达式的推导.如图所示，若线圈在匀强磁场中从中性面开始匀速转动，则线圈产生的感应电动势按照正弦函数的规律变化.推导如下（设线圈旋转的角速度为）：设EmBS，可知线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的，为eEm sin t，式中Em是常数，表示电动势可能达到的最大值.对于单匝线圈，EmBS；如果线圈匝数为N，则EmNBS.此时加在电路上的路端电压的瞬时值uiRImR sin tUm sin t.以上式子中，Um和Im分别是电压和电流的最大值，也叫峰值.3.从两个特殊位置开始计时时有关物理量瞬时值的表达式.确定正弦式电流电动势瞬时值表达式的基本方法（1）确定线圈转动从哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化.（2）确定线圈转动的角速度.（3）确定感应电动势的峰值EmNBS.（4）写出瞬时值表达式eEmsin t或eEmcos t.
