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3.1 交变电流
第三章 电磁感应
思考与讨论：
用示波器或电压传感器观察电池供给的电压的波形，
再观察用学生电源交流挡供给的电压的波形。
一、交变电流
1.直流电：电流、电压方向不随时间变化的电流叫做直流电，简称直流（DC）。
2.交流电：电流、电压大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电，简称交流（AC）。
大小和方向都不随时间变化的电流叫恒定电流
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
二、交变电流的产生
1.交流发电机示意图
K
L
E
F
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ABCD—线圈
K、L—圆环
E、 F—电刷
（1）定子：不动的部分叫定子--磁极
（2）转子：转动的部分叫转子--电枢
AB边和CD边切割磁感线
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侧视图
二、交变电流的产生
当线圈在磁场中绕轴转动时，哪些边切割磁感线？
2.交流电的产生原理
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I=0
I方向：DCBAD
I=0
I方向：ABCDA
二、交变电流的产生
甲
乙
丙
丁
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×
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×
电流的方向
思考与讨论：
(1)线圈转到甲、丙位置时，磁通量有什么特点？
(2)AB棒速度方向与磁场方向是什么关系？
(3)此时的感应电动势多大？
(4)磁通量的变化率有什么特点？
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甲
丙
B⊥S，磁通量最大，Φ=Φmax=BS
速度方向与磁场平行，不切割磁感线
感应电动势为0，电流为0
磁场的变化率为零
中性面
中性面的特点
（1）中性面：垂直于磁场方向的平面B⊥S
（2）磁通量最大，Φ=Φmax=BS
（3）速度方向与磁场平行，不切割磁感线，磁场的变化率为零（ΔΦ=0），E=0，I=0
（4）每当线圈经过中性面一次，感应电流方向就改变一次
二、交变电流的产生
甲
丙
乙
(1)线圈转到乙、丁位置时，磁通量有什么特点？
(2)AB棒速度方向与磁场方向是什么关系？
(3)此时的感应电动势多大？
(4)磁通量的变化率有什么特点？
思考与讨论：
丁
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?
×
B//S,磁通量最小，Φ=0
速度方向与磁场垂直
感应电动势最大，电流最大
磁场的变化率最大
平行面
（1）与中性面垂直的面,B//S，磁通量最小，Φ=0
（3）速度方向与磁场垂直，感应电动势最大，电流最大
（2）磁场的变化率最大
与中性面垂直的面（平行面）的特点
乙
丁
二、交变电流的产生
【小结】正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置
图示
概念
特点
磁通量
感应电动势

电流
--中性面位置
B∥S
--与中性面垂直的位置
B⊥S
Φ＝BS，最大
电流为零，方向改变
Φ＝0，最小
电流最大，方向不变
,最大
二、交变电流的产生
3.画一画感应电流的大致随时间变化的图像
i
t
O
甲
甲
乙
丙
丁
乙
规定一个正方向，画出线圈在甲乙丙丁四个不同位置时对应电流的大小，大致画出电流的变化图像，看看图像的形状，猜测一下可能是什么的函数图像？
演示：交变电流的变化图像
交变电流的变化情况(从中性面开始计时)
甲
乙
丙
丁
戊（甲）
i
o
t
★重要结论：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。
中性面
中性面
中性面
1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示，则以下说法中正确的是（　　）
A．t=0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t=0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t=0.02 s时刻，交变电流的电动势达到最大
D．该线圈产生的交变电流的电动势随时间变化
的图像如图乙
B
【课堂练习】
（多选）2．图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（　 　）
A．交变电流的最大值为10√2V
B．t=0.01 s时线圈位于中性面
C．t=0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D．t=0.02 s时穿过线圈的磁通量最大
【课堂练习】
AC
三、交变电流的变化规律
线圈处在磁感应强度是B 的匀强磁场中，AB、CD宽L1，AD、BC长L2 ，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.
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？
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?
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?
????
?
θ
4.AB边中的感应电动势多大？
5.线圈中的感应电动势多大？
AB、CD等效为两个串联的电源
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?
????(????)
?
????
?
θ
B
A
D
C
三、交变电流的变化规律
v?
v
v//
6.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（AB和CD边切割磁感线 ）
若为N匝线圈：
思考与讨论：
由中性面计时，此时线圈电动势多大？转至与中性面垂直，此时线圈的电动势多大？
----为电动势的最大值（峰值）
三、交变电流的变化规律
----为电动势瞬时值
当
从中性面计时开始，e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值。
sin ????t=1时
?
如果线圈匝数为N，则Em＝NωBS。
e有最大值用Em表示
?????= ????BSsin ????t
?
若电路中的负载为纯电阻电路时，负载两端的电压和流过的电流也按正弦规律变化。即，
u ＝ Umsin ωt i ＝ Imsin ωt
其中Um 、 Im分别叫电压和电流的最大值，也叫峰值。
7.正弦式交变电流
三、交变电流的变化规律
8.交变电流的变化规律图像
从中性面开始计时
(1)瞬时电动势e随时间变化的规律：
(2)负载电压u随时间变化的规律：
(3)电流i随时间变化的规律：
若从与中性面垂直的平面开始计时的情况下成立
(1)瞬时电动势e随时间变化的规律：
(2)负载电压u随时间变化的规律：
(3)电流i随时间变化的规律：
i＝Imcos ωt
e＝Emcosωt
u＝Umcosωt
9.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。
电子计算机中的
矩形脉冲
示波器中的
锯齿波扫描电压
正弦交流电
（多选）3.如图所示，单匝矩形线圈abcd放在匀强磁场中，磁感应强度为B，ad=bc=l1，ab=cd=l2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则（ ）
A.以OO'为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωsin ωt
B.以O1O1'为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωsinωt
C.以OO'为转轴时，感应电动势e=Bl1l2ωCOSωt
D.以OO'为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势e=Bl1l2ωCOSωt
【课堂练习】
CD
风力发电
风力发电机组
四、交变发电机
四、交变发电机
三峡大坝
水力发电机组

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