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(共33张PPT)
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。
第三章：交变电流
第1节交变电流
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)：
方向不随时间变化的电流
２.交变电流(AC)：
方向随时间做周期性变化的电流
一.电流的分类：
种类：
恒定电流：
大小和方向都不随时间变化的电流
交流
直流
充电器
电动自行车的无刷电机（直流电转交流电）
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
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
甲
乙
丙
丁
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,φm=BS
2.没有切割，E=0，I=0
线圈平面与磁场方向垂直的位置称之为--中性面
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DCBAD
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：1.B⊥S，φ最大,φm=BS
2.没有切割，E=0，I=0
丙
二、交变电流的产生
线圈平面与磁场方向垂直的位置称之为--中性面
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ABCDA
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
Φm=BS 最大
E=0
Φ/ t= 0
I=0
5.两个特殊位置
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）
5.两个特殊位置
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
×
×
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，电流方向将改变;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; 但△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，磁体转动也可以产生交变电流）
结论:
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
二
、交变电流的产生
线圈每经过中性面一次，交流电方向改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，交流电的方向改变两次。
A(B)
D(C)
磁感应强度是B，AB、CD长为l，AD、BC宽为d，线圈匀速转动的角速度是ω，设t＝0时线圈刚好转到中性面位置，
v∥
v⊥
线圈与中性面的夹角是多少？
AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
v =
AB边的速度多大？
B
v
A
D
·
×
中性面
经过时间t
AB边中的感应电动势多大？
线圈中的感应电动势多大？
三、交变电流的变化规律：
vsinθ sin t
sin t= BSsin t
当sin t=1时
如果线圈匝数为N，则Em＝NBSω。
e有最大值用Em=BS表示
sin t= BSsin t
若电路中的负载为纯电阻电路时，流过负载的电流和负载两端的电压也按正弦规律变化。即，
u ＝ Umsin ωt
其中Um 、 Im分别叫电压和电流的最大值，也叫峰值。
而e、u、i 则是相应的物理量的瞬时值。
1.正弦式交变电流
(从中性面计时开始)
三、交变电流的变化规律：
i ＝ Imsin ωt
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。
2.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正余弦交流电的是哪个？
B
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
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：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．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
4．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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