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第三章 交变电流
3.1 交变电流
公路旁、旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去……
这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。电，每时每刻都在为人类作着巨大的贡献。
来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？这一章我们就来学习与此相关的内容。
【导入新课】
一、交变电流和直流
1.直流电流(DC)：方向不随时间变化的电流称为直流电流，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定直流。例如：干电池供电的电路。
2.交变电流(AC)：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。例如：家用照明电路。
注意：
①交变电流经过处理，能转换成直流，例如手机充电头充电；直流经过逆变器处理也能转换成交流。
②交流比直流经济可靠，使用方便，生活中绝大部分用电都是交变电流。
③交流电压的大小可以通过变压器随意转换。
交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流( )
直流电：方向不随时间变化的电流（ ）
恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流（ ）
1、2
3、4
4
例1:
例2： (2022·安徽舒城中学高二检测)下列图像中不属于交变电流的是（ ）
√
二、交变电流的产生
假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：
(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？
(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？
《学习笔记》P55 【导学探究】
转动过程 电流方向
甲→乙 B→A→D→C
乙→丙 B→A→D→C
丙→丁 A→B→C→D
丁→甲 A→B→C→D
最大值分别在：乙和丁
最小值分别在：甲和丙
两个特殊位置的特点
1.中性面位置（磁场方向与线圈垂直）特点
（1）此时Φ最大；
（2） 为0；
（3）e为0、i为0；
（4）线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次.
2.与中性面垂直的位置（磁场方向与线圈平行）特点
（1）此时Φ最小；
（2） 为最大；
（3）e为最大、i为最大；
例3：(2022·苏州陆慕高级中学高二检测改编)如图所示，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，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0时，线框中的感应电动
势也为0
C.当穿过线框的磁通量为0时，线框中的磁通量变化率最大
D.线框经过如图位置时，电流方向将发生改变
√
变式训练：在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路.t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置，图甲中线框与磁感线平行，图乙中线框与磁感线垂直，下列说法正确的是（ ）
A.t1时刻穿过线框的磁通量最大
B.t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
C.t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D.t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
√
三、正弦式交变电流的变化规律
如图所示，单匝矩形线圈绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：
(1)ab边产生的感应电动势为多大？
(2)整个线圈中的感应电动势为多大？
(3)若线圈有N匝，则整个线圈的感应电动势为多大？
（2）e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt.
（3）e＝NBSωsin ωt.
感应电动势的瞬时值表达式：e＝Emcos ωt
感应电流的瞬时值表达式：i＝Imcos ωt
电压的瞬时值表达式：u＝Umcos ωt
1.正弦式交变电流的瞬时表达式
(1)从中性面位置开始计时
(2)从与中性面垂直的位置开始计时
感应电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt
感应电流的瞬时值表达式：i＝Imsin ωt
电压的瞬时值表达式：u＝Umsin ωt
2.正弦式交变电流的峰值
例4： 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝ ，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：
(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值.
(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，感应电动势的瞬时值表达式.
(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值.
四、交变电流的图像
试画出对应的磁通量与时间图像
例5： (2022·甘肃临洮县文峰中学高二检测)一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中.通过线圈的磁通量Ф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.t2、t4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.t1、t3时刻线圈中感应电动势最小
√
五、交流发电机
发电厂里的交流发电机的构造比我们分析的复杂得多，但是基本组成部分也是两部分，即产生感应电动势的线圈（通常叫作电枢）和产生磁场的磁体。
1.旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。
2.旋转磁极式发电机：如果磁极转动，电枢不动，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。
3.转子和定子：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。

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