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09
电磁感应与电磁波
导入 神奇的电磁波
在我们周围，电磁波无处不在。虽然我们看不到、听不见电磁波，却能通过它进行语音或视频聊天，获取海量信息，远程遥控空调，指挥机器人上门服务，遥测人群体温，给交通工具导航等。 那么电磁波是怎样产生的？电磁波是怎样服务人类的呢？它围绕在我们周围会对健康造成影响吗？本章我们将通过学习电磁感应与电磁波来寻找答案。
家庭用电大多使用交流电，例如电视机、洗衣机、电磁炉、吸尘器等。交流电是怎样产生的？如何描述？本节我们将学习交流电的产生、描述以及安全用电。
第二节 交流电及安全用电
下面先通过实验来认识交流电的特点。
一、正弦交流电的产生
第二节 交流电及安全用电
做中学
用教学交流发电机产生交流电
如图 9-7 所示，将灵敏电流计接入教学交流发电机的输出端，摇动手柄，观察灵敏电流计指针的偏转情况。
实验中我们看到灵敏电流计的指针左右摆动，说明电路中电流大小和方向在不断地发生周期性变化。物理学中，把大小和方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，俗称交流电。方向不随时间变化的电流称为直流电，电池供给的恒定电流，就属于直流电。
交流发电机是怎样产生交流电的呢？
发电机主要由线圈（电枢）和磁极两部分组成，磁极有的使用永久磁铁，有的使用电磁铁。我们把手摇发电机的多匝线圈等效为一个矩形线圈，两个磁极产生的磁场近似视为匀强磁场（图 9-8）。
一、正弦交流电的产生
第二节 交流电及安全用电
矩形线圈的两个端头分别连接金属滑环 和 ，两个滑环又分别跟电刷 和 接触，并与外电路组成一个闭合回路。矩形线圈 在磁场中绕轴 匀速转动， 和 边在切割磁感线时，使线圈中产生感应电动势，线圈和外部构成的闭合回路中就有了感应电流。
一、正弦交流电的产生
第二节 交流电及安全用电
根据法拉第电磁感应定律可以推导出，线圈中产生的感应电动势随时间变化的规律为
在只含有电阻的交流电路中，欧姆定律也适用。根据欧姆定律，回路中感应电流的瞬时值为
一、正弦交流电的产生
第二节 交流电及安全用电
式中的 、 称为电动势、电流的最大值，、 称为电 动势、电流的瞬时值。、 随时间的变化关系也可以通过图像来描述，图 9-9 是电动势 随时间 变化的图像。
一、正弦交流电的产生
第二节 交流电及安全用电
物理学中，通常把这种大小和方向随时间按正弦规律变化的交变电流称为正弦交变电流，俗称正弦交流电。
正弦交变电流的电压、电流都随时间周期性变化。我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间，称为它的周期，通常用符号 表示，单位是秒（）。周期的倒数称为频率，数值上等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用符号 表示，单位是赫兹（）。
根据周期和频率的定义可以知道
二、正弦交流电的描述
第二节 交流电及安全用电
电动势、电压、电流的最大值，又叫峰值，通常用符号 、、表示，峰值常用来表示交流电的强弱。如电容器正常工作时，通过电容器的交流电的峰值必须小于电容器上的标称电压值，否则电容器容易被击穿。
峰值在很多情况下不能准确反映交流电的实际效果，因此常用有效值表示交流电的大小。
二、正弦交流电的描述
第二节 交流电及安全用电
交流电的有效值是根据热效应来确定的，让电流为 、电压为 的恒定电流通过某一电阻，再让某一交流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，我们就把恒定电流 和电压 的大小称为该交变电流的有效值，通常用字母 、 表示。
生产生活中的“交流电”“额定电流 ”指的就是交流电的有效值，交流电表所测量的电流和电压都是指交流电的有效值，各种用电器铭牌上的额定电压和额定电流也是指有效值。有效值是描述交流电最常用的物理量。
理论计算表明，正弦交流电电压、电流的有效值和峰值之间的关系是：
二、正弦交流电的描述
第二节 交流电及安全用电
二、正弦交流电的描述
第二节 交流电及安全用电
做中学
用示波器观察正弦交流电的波形
如图 9-10 所示，将学生电源的交流电输出端接入示波器的输入端，观察交流电的波形，并测算其峰值和有效值。改变输入电压的大小，观察波形的变化。
磁生电的广泛使用促进了人类社会文明的进步，但用电时也存在安全隐患。电工电子技术离不开电，怎样才能科学用电，避免造成不必要的损失呢？下面，我们介绍生产生活中经常遇到的两个问题。
三、安全用电
第二节 交流电及安全用电
人体触电及防护
当一定强度的电流通过人体时，会使人体受到一定程度的伤害，这就是触电。最常见的触电是人站在绝缘不好的地面或与地面连接体上接触到火线，电流经过人体流入地面造成单相触电（图 9-11）。
触电的另一种情况是人体同时接触到工业用电的三相输电线路中的两根火线，电流从一根火线经人体流入另一根火线，造成两相触电（图 9-12）。还有一种情况是火线断落或电器绝缘层破裂与地面接触，强电流从与地面的接触点流向地面各个方向，人若走在接触点周围，两脚之间会造成跨步电压触电（图 9-13）。
三、安全用电
第二节 交流电及安全用电
为避免触电，电路应安装空气开关等短路保护装置，电器设备要有接地保护。应做好绝缘保护，用绝缘材料封闭带电体，避免用潮湿的手或布接触电线和插头等带电体。还可采取遮拦、箱盒等方式把带电体与外界隔离开。若不幸发生触电事故，应想法立即关闭电闸，使触电者脱离电源。发现触电者出现意识不清，且呼吸和脉搏停止时，需及时对其进行人工呼吸救治和心肺复苏救治，并及时拨打 120。
三、安全用电
第二节 交流电及安全用电
电气火灾及扑救
电气火灾会对生产生活造成较大危害。引起电气火灾的原因很多，如电路短路、电流过大等，都可能引燃可燃物造成火灾。要避免发生电气火灾事故，需要合理使用电气设备和导线，不要使其过载运行；在安装开关、熔断器时应避开易燃物；定期检查电气设备，保持线路或设备连接正常，避免接触不良等原因使设备过热；保持电气设备的通风良好等。
电气火灾相对于一般的火灾，具有起火后可能仍然带电或可能出现爆炸等特点。因此在灭火时要特别注意，可以采用断电灭火的方式。若无法及时断电，可使用不导电的灭火器材灭火，如干粉、二氧化碳、1211 灭火器，不能使用泡沫灭火器进行带电灭火。
三、安全用电
第二节 交流电及安全用电
作业与活动
第二节 交流电及安全用电
1. 某交流电压的瞬时值表达式为，把标有“”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有 的电容器接在此电源上会不会被击穿？
作业与活动
第二节 交流电及安全用电
2. 在匀强磁场中有一矩形线圈，绕线圈平面内垂直于磁感线的轴匀速转动。线圈中产生的感应电动势随时间变化的图像如图所示，试求出该感应电动势的最大值、有效值、周期和频率，写出该感应电动势随时间变化的关系式。
作业与活动
第二节 交流电及安全用电
3. 常见的触电类型有哪些？如何进行触电急救和带电灭火？
项目任务与实践活动
第二节 交流电及安全用电
4. 根据家庭的电器设施，估计家庭电路所需电表、导线和空气开关的规格。
5. 观察家庭用电器的工作状况，检查是否存在用电安全隐患；调查家庭用电的情况，讨论有哪些节约用电的方法。

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