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(共42张PPT)
§3.1　交 变 电 流
观察交变电流的方向：
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。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。
现象：
说明：
发电机产生的交流电电流方向在不断变化。
两个二极管会交替发光
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？
１.直流电(DC)：
电流方向不随时间而改变
２.交变电流(AC)：
大小和方向都随时间做周期性变化的电流
一.电流的分类：
种类：
【典例1】如图所示，属于交流电的是(　　)
C
思考判断：
(1)交变电流的大小一定随时间变化。( )
(2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。( )
(3)交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化。( )
(4)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家用电器。( )
×
×
√
×
如何产生交流电呢？
二、交变电流的产生
交变电流产生示意图：
将立体图转化为侧视图来分析
A
B
C
D
v
问题:当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些边切割磁感线
v∥B，没有边切割磁感线。
1.起始位置
特点：1.B⊥S，φ最大
2.没有切割，E=0，I=0
此时位置称之为--中性面
B⊥S，φ最大
E=0，I=0
二、交变电流的产生
甲
A(B)
D(C)
乙
A
B
C
D
2.向左转过90度
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
E最大，I最大
2.感应电流方向DCBA
B∥S，φ=0
二、交变电流的产生
A
B
C
D
D(C)
A(B)
B
3.转过180度
v∥B，没有边切割磁感线。
特点：B⊥S，φ最大
没有切割，E=0，I=0
此时位置称之为--中性面
B⊥S，φ最大，E=0
B⊥S，φ最大
丙
二、交变电流的产生
A
B
C
D
D(C)
A(B)
B
4.转过270度
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，
E最大，I最大
2.感应电流方向ABCD
B∥S，φ=0
二、交变电流的产生
丁
此时线圈具有的特点
1.线圈平面与磁场垂直(B⊥S)，速度方向与磁场方向平行(B//v)
2.磁通量:
3.感应电动势:
5.感应电流:
4.磁通量的变化率:
v
v
Φ=BS 最大
E=0
Φ/ t= 0
I=0
将立体图转化为平面正视图
此时线圈具有的特点
1.线圈平面与磁场平行(B//S)，速度方向与磁场方向垂直(B⊥v)
2.磁通量:
3.感应电动势:
5.感应电流:
4.磁通量的变化率:
v
v
Φ=0
E=BLv 最大
Φ/ t 最大
I最大
我们称为与中性面垂直的面（峰值面）
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
立体图
平面图
e
电流方向
最大
最大
0
0
无
无
DCBAD
ABCDA
0
无
×
×
B
A(B)
D(C)
二、交变电流的产生
1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ab和cd 边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零．
（2）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，电流方向改变两次．
2.线圈平行于磁感线时，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势最大。
3.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，是产生交变电流的一种方式，不是唯一方式。
（例如：线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正弦式交变电流）
结论:
设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以恒定角速度匀速转动，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O。
1．线圈转动一周，多少次经过中性面 电流方向改变多少次
2．线圈转到什么位置时磁通量最大 这时感应电动势是最大还是最小
3．线圈转到什么位置时磁通量最小 这时感应电动势是最大还是最小
思考与讨论
.
a(b)
c(d)
O
．
B
令
e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．
三、交变电流的变化规律：
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势
.
.
a(b)
c(d)
θ
θ
θ
ω=
Δt
Δ
θ
θ = ωt
（ab和cd边切割磁感线）
v = rω
v=ω
２
Ｌ
则有
三、交变电流的变化规律：
Em = NBSω
★★★若从中性面开始计时，则：
t 时刻瞬时值
峰值（最大值）
从瞬时值可以看出：
★矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化，这种交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流。
若线圈从中性面的垂面（峰值面）开始计时，在t 时刻线圈中的感应电动势是多少？
B
v
A(B)
D(C)
中性面
ωt
t = 0
v‖
v⊥
ωt
另一种推导方式：
说明：物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流(本质规律都相同)统称为正弦式交流电
负载两端电压变化规律：
流过负载的电流变化规律：
三、交变电流的变化规律：
电动势变化规律：
负载两端电压变化规律：
故：从与中性面垂直的位置（峰值面）开始计时，瞬时值：
流过负载的电流变化规律：
三、交变电流的变化规律：
正余弦交流电产生条件:
①匀强磁场
③转轴必须和磁场垂直
②匀速转动
E感的值与线圈的形状和转轴的位置没有关系：
E=NBSω
思考:下列四个线圈中能产生感应电流的是哪几个？
B
e
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
B
A(B)
D(C)
立体图
平面图
×
×
电流方向
e
最大
最大
0
0
无
无
DCBAD
ABCDA
0
无
o
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
四
、交变电流的变化规律
：
利用传感器显示的交变电流的图像：
Em
e
O
t
i
O
t
u
O
t
Im
Um
『判一判』
(1)如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流。 (　　)
(2)直流电的大小可以变化，但方向一定不变。 (　　)
(3)交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的。 (　　)
(4)当穿过线圈的磁通量为0时，线圈中的感应电动势也为0。 (　　)
(5)每当线圈经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次。 (　　)
(6)当线圈位于中性面位置时，线圈中的感应电动势最大。 (　　)
×　
√　
×　
×　
√　
×　
不同形式的交流电：
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。
交流发电机的基本结构
五、交流发电机
线圈（叫电枢）
→产生感应电动势
磁极
→产生磁场
1.基本组成
2.基本种类
旋转电枢式
→电枢动，磁极不动
旋转磁极式
→磁极动，电枢不动
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。
旋转电枢式的缺点：
旋转磁极式的优点：
电压高会火花放电、电枢无法做大
高电压、高功率输出
3.两种发电机的比较
五、交流发电机
交流发电机
例1:一台发电机在产生正弦式电流。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ω=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2000Ω，内电阻不计。电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。
e=EmsinWt
解：
Im=Em/R
i=ImsinWt
=400sin314t
=400÷2000A=0.2A
=2sin314t
例2：如图所示，一半径为r＝10 cm 的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B=5/π2Ｔ，的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴线 OO′以n＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时．求
(1)电动势的瞬时值表达式
(2)线圈从图示位置经1/60s时的电动势的瞬时值
(3)线圈从图示位置经T/6时的电动势的瞬时值
解：（1）e＝Emsin ωt
ω＝2πn
＝20π rad/s
e＝
(2)当t＝1/60 s时，
Em=NBSω
=100V
e＝100sin20π(1/60)V
＝50 V
100sin 20πt (V)
(3)当t＝T/6s时，
e＝100sin20π(1/6)V
＝－50 　V
3、交变电流的变化规律
e=Emsinωt
感应电动势：
（Em为峰值，Em=NBSω）
路端电压：
电路中的电流：
u=Umsinωt
i=Imsinωt
4、交流发电机
1、交变电流
①交流电：
大小和方向都随时间做周期性变化
②直流电：
2、交变电流的产生
①线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动，产生E感
②线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。
③中性面：与磁场垂直的平面
特点：磁通量最大，E感=0，I感=0。
④与中性面垂直的平面：磁通量为0，E感最大，I感最大。
课堂小结
1．对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列描述正确的是（　　）
A．电流的大小变化，方向不变，不是交变电流
B．电流的大小不变，方向变化，是交变电流
C．电流的大小和方向都变化，是交变电流
D．电流的大小和方向都不变，是直流电
A
2．一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法错误的是（　　）
A．线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大
B．线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向
C．线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小
D．线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大
A
3．如图是交流发电机的示意图，线圈ab边连接在金属滑环K上，cd边连接在金属滑环L上，左右两个导体电刷分别压在滑环K、L上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表G为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表G中电流随时间变化关系的是（　　）
A
4．图中闭合金属线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是（　　）
AD
5．在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（　　）
A．t=0时，线圈平面平行于磁感线
B．t=1s时，线圈中的电流改变方向
C．t=1.5s时，线圈中的感应电动势最大
D．线圈转动的角速度为πrad/s
AD
6．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交流电，如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．当穿过线圈的磁通量最大时，产生的电动势最大
B．当穿过线圈的磁通量为零时，产生的电动势最大
C．在图示位置时，A边产生的感应电流方向垂直纸面向里
D．在图示位置时，A边产生的感应电流方向垂直纸面向外
BC
7．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生交流电，则下列说法中正确的是（　 　）
A．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零
B．当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电动势最大
C．线圈在磁场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变一次
D．每当线圈越过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次
ABD
8．如图所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时(　　)
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电动势为2nBl2ω
C．穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大
D．线圈ad边所受安培力的大小为
CD
拓展延伸：
产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生．
　　①金属棒在平行于磁场方向的导轨上作圆周运动切割磁感线，也能产生正弦式交流电．
　　②即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴．只要是绕垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电流仍是正弦式交流电．

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