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第三章 交变电流
1.交变电流
教学目标
CONTENT
01
02
03
掌握正弦交流电及交流发电机
掌握交变电流的变化规律
理解交变电流的定义和产生原理
新课引入
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
交变电流
一
知能提升
1.交变电流(AC):　大小和方向 随时间做周期性变化的电流,简称交流。
2.直流(DC):　方向 不随时间变化的电流。
交变电压随时间变化的图像
3.交变电流经过电子电路的处理，能变成直流。
学生电源能把交流变成直流
充电器能把交流变成低压直流
实验演示：
观察交变电流的方向
说明：教学用发电机发出的方向作周期性变化的电流，也就是交流电。
观察与思考：
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动。
1、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大
4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
B⊥S
Φ最大
E=0
I=0
中性面
垂直磁场方向的平面叫做中性面.
线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零.
将立体图转化为平面图
过程分析：
B
B∥S
Φ=0
E最大
I最大
感应电流方向B到A
线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大.
A(B)
D(C)
垂直中性面
B⊥S
Φ最大
E=0
I=0
中性面
B∥S
Φ=0
E、I最大
感应电流方向C到D
v // B
v⊥B
交变电流的产生
二
知能提升
1.中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。
2.线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零。
4.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.线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。
e
o
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
Em
交变电流的变化规律
三
如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.ab和cd长为l，ad和bc长为d.
经过时间t，线圈转过的角度θ=ωt
ab与cd的速度v=ω
与磁感线垂直的速度为vsin θ= ωsin ωt
vsin θ
vsin θ
ab与cd切割产生电动势叠加，根据动生电动势公式：e=2Blvsin θ= ωBldsin ωt= ωBSsin ωt
若线框有N匝： e=NωBSsin ωt
设： Em=NωBS
e=Emsin ωt
知能提升
1.电动势按正弦规律变化： e=Emsin ωt
2.电流按正弦规律变化： i=Imsin ωt
3.电路上的电压按正弦规律变化: u=Umsin ωt
电流i=Imsin ωt通过R时：u=iR,Um=ImR
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时.
Em 、 Im、Um分别是电动势、电流和电压的最大值，也叫峰值.
B
4. 正弦交流电
t
0
Em
-Em
i
t
0
Im
-Im
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲
(4)激光通信中的尖脉冲
5. 正弦交流电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，如乙丙丁
用示波器观察几种交变电流的波形图
交流发电机结构
交流发电机
四
知能提升
1.构造：
①产生感应电动势的线圈.
②产生磁场的磁体.
2.分类：
①旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动.
②旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动.
③转动的部分叫转子，不动的部分叫定子.
典例精析
例1：线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是(　　)
A．磁通量和感应电动势都在变大
B．磁通量和感应电动势都在变小
C．磁通量在变小，感应电动势在变大
D．磁通量在变大，感应电动势在变小
解析：由题图可知，Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量变大，感应电动势变小．
D
例2：一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象如图甲所示，则下列说法中正确的是(　　)
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，交变电动势达到最大
D．该线圈产生的相应交变电动势的图象如图乙所示
解析：t=0时刻，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A错误；
t=0.01s时刻，磁通量为零，斜率最大， Φ变化率最大，B正确；
t=0.02s时刻，处于中性面位置，磁通量最大，变化率为零，电动势为零，C错；
B
该线圈产生的交变电动势应该是正弦函数，D错误；
课堂小结
一. 交变电流
二. 交变电流的产生
三.交变电流的变化规律
四.交流发电机
e=Emsin ωt
i=Imsin ωt
u=Umsin ωt
跟踪练习
B
1.下列表示交变电流的有（ ）
i
i
t
t
i
t
(A)
(B)
(C)
(D)
0
0
0
0
t
(E)
0
t
e
u
解析：根据交变电流的定义分析，是否属于交变电流关键是看电流方向是否发生变化，而不是看大小．CE正确.
CE
2．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是(　　)
解析：线圈只有在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e＝BSωsin ωt，由此判断，只有A选项符合．
A
3．如图所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin(20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量(　　)
A．匀强磁场的磁感应强度
B．线框的面积
C．穿过线框的磁通量的最大值
D．线框转动的角速度
解析：由e＝BSωsin ωt，可得ω＝20 rad/s
由BSω＝0.5可求出BS数值，即磁通量的最大值Φm＝BS
CD
4．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图象如图所示，由图可知(　　)
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
D．在A和C时刻磁通量变化率绝对值最大
中性面时
磁通量最大
感应电动势为零
感应电流为零
与磁感线平行时
磁通量为零
磁通量的变化率最大
感应电动势最大
感应电流最大
D
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