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3.2交变电流的产生
鲁科版选择性必修二2019
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产生感应电动势和感应电流的条件？
怎样能使穿过闭合回路的磁通量发生变化呢？
一、交流发电机
让闭合导体与磁极间做相对运动是最简单的方式。
发电机就是利用这种方式制成的
磁极
电枢（线圈）
①旋转电枢式发电机
②旋转磁极式发电机
磁极
发电机中转的称为转子，不转的称为定子
发电机构造及类型
线圈端头的滑环
电刷
一、交流发电机
能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机，称为交流发电机。
思考：下列各情况中，线圈都以角速度ω绕图中的转轴匀速转动，能产生交变电流的有哪些？
产生条件：线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动
正弦式交变电流产生的原理
交流发电机是如何产生大小和方向都随时间做周期性变化的电流的？
中性面
当线圈转到图 （a）所示的位置时，线圈平面与磁感线垂直。在这一瞬间，ab 边和 cd 边的速度方向均与磁感线平行，线圈的这两边都不切割磁感线，因此不产生感应电动势，回路中没有感应电流。物理学中，把这个位置称为中性面。
没有边切割磁感应线
B⊥S， Φ最大，E=0 , I=0 中性面
特点:
峰值面
当线圈沿逆时针方向转过 90° 到达图 （b）所示的位置时，线圈平面与磁感线平行。这时，ab 边向下切割磁感线，而 cd 边向上切割磁感线，根据右手定则可判定，线圈中的感应电流方向是：
d → c → b → a
ab、dc边垂直切割磁感应线，
特点:
B∥S，Φ=0，E最大，I最大，感应电流方向d → c → b → a
中性面
当线圈继续转过 90°到达图（c）所示的位置时，线圈平面与磁感线垂直，又到了中性面上。在这一瞬间，线圈的 ab 和 cd 两边都不切割磁感线，感应电流为零。
没有边切割磁感应线
特点:
B⊥S， Φ最大，E=0 , I=0 中性面
峰值面
当线圈又继续转过 90°到达图 （d）所示的位置时，线圈平面又与磁感线平行。这时，ab 边向上切割磁感线，而 cd 边向下切割磁感线，根据右手定则可判定，线圈中的感应电流方向是:
a → b → c → d
特点:
ab、dc边垂直切割磁感应线，
B∥S，Φ=0，E最大，I最大，感应电流方向:a → b → c → d
当线圈继续转过 90°时，就回到图 （a）所示的位置，又回到中性面上，感应电流为零，交变电流完成了一次周期性变化。接下来，线圈将重复上述转动过程，线圈中的电流也将重复上述变化过程。
在线圈的转动过程中，感应电动势和感应电流的大小和方向随时间呈周期性变化。
每次过中性面，方向就发生改变。
线圈每转一圈，方向改变两次。
交变电流
正弦式交变电流的变化规律
当电动机线圈匀速转动时，产生的感应电动势和感应电流随时间的变化有何规律？
交变电流的相位
e=Emsin(ωt+ φ0),
ωt+ φ0.称为交变电流的相位或相。
t=0时的相φ0.称为初相。
相位不仅可反映交变电流任何时刻的状态，还可用来比较不同交变电流的变化步调。
【例1】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Φ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
经典例题
【例2】有一匝数为10匝的正方形线圈，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10 π rad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线圈平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T。
(1)求该线圈产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别为多少？
(2)线圈从图示位置转过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。
经典例题
【例3】一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图所示，则(　　)
A．交流电的频率是4π Hz
B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，
磁通量最大
C．当t＝π s时，e有最大值
D．t＝π s时，e＝－10 V最小，磁通量变化率最小
经典例题
1
致
谢
The man who has made up his mind to win will never say impossible

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