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高中物理选择性必修第二册 第三章：交变电流 第1节:交变电流
第1节交变电流
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。
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高中物理选择性必修第二册 第三章：交变电流 第1节:交变电流
演示实验
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。
说明：
发电机产生的交流电电流方向在不断变化。
现象：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？
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演示实验
观察交变电流的方向
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：
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电流的分类
直流电和交流电的概念
t
i
0
假定线圈在匀强磁场中绕轴OO′沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：
1.在线圈转动的过程中，哪些边会产生感应电动势？
2.线圈由甲图转到乙图位置的过程中，AB 、CD 边中电流各向哪个方向流动？
3.线圈由丙图转到丁图位置的过程中，AB 、CD边中电流各向哪个方向流动？
4.转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？
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交流电的产生
电磁学的知识来分析交流电的产生过程。
1.B⊥S，φ最大
2.没有切割B，E=0，I=0
3.此位置称为--中性面
1.B∥S，φ=0，
2.垂直切割B,E最大I最大
3. 此位置称为--峰值面
1.B⊥S，φ最大
2.没有切割B，E=0，I=0
3.此位置称为--中性面
1.B∥S，φ=0，
2.垂直切割B,E最大I最大
3. 此位置称为--峰值面
感应电流方向DCBA
感应电流方向ABCD
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
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交流电的产生
电磁学的知识来分析交流电的产生过程。
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交流电的产生
中性面的概念及其特点
中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）穿过线圈的磁通量 最大，但 最小，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．
（3）线圈平行于磁感线时， , 最大，感应电动势最大。
线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽l，AD、BC长d ，线圈平面从中性面沿逆时针方向开始转动，角速度是ω．经过时间t，推导此时线圈中产生瞬时感应电动势.
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
1.线圈与中性面的夹角是多少？
2.AB边的速度多大？
3.AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
θ
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交流电的变化规律
推导交流电的变化规律
4.AB边中的感应电动势多大？
5.线圈中的感应电动势多大？
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
θ
AB、CD等效为两个串联的电源
v11
v⊥
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交流电的变化规律
推导交流电的变化规律
感应电动势的最大值为
S为线框的面积，N为线圈的匝数
线框的的电动势的变化规律为
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交流发动机与电阻连接
负载（电阻）的电压与电流的变化规律
设发电机的内阻为r，负载电阻的阻值为R，则通过负载的电流和两端的电压为：
峰值：????????、????????和???????? 分别是电动势、负载的电流和电压最大值
?
瞬时值：????、????、????分别是电动势、负载的电流和电压的瞬时值
?
这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。
Em
e
O
t
i
O
t
u
O
t
Im
Um
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正弦式交变电流
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。
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其他形式的交流电
几种常见交变电流的波形
风力发电
风力发电机组
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交流发电机
交流发电机的构造
说明：旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的区别
旋转电枢式：旋转电枢式发电机转子产生的电流，经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的感应电动势也不能很高。这种发电机输出的电压一般不超过500 V。
旋转磁极式发电机：旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。
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交流发电机
交流发电机的构造
概念：转子定子的概念
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；所以，旋转电枢式发电机的转子是电枢，定子是磁极；旋转磁极式发电机的转子是磁极，定子是电枢。
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交流发电机
交流发电机的构造
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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