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3.1 交变电流
在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。
P49
P50
在电力系统中，从发电到输配电，用的都是交变电流。在无线电电子设备中的各种电信号，大多数也是交变电流信号。
P51
交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流。如学生电源、手机充电器等。
下列属于交变电流的是________；属于直流的是________.交变电流与直流的本质区别是_________________.
思考与讨论
(1)(2)(6)
(3)(4)(5)
电流方向是否改变
0
i
t
恒定直流
0
i
t
脉动直流电
K
A
F
E
L
D
C
B
交流发电机的基本构造
近似为匀强磁场
滑环K、L
电刷E、F
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
线圈平面 磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线 ，线圈 感应电动势.
平行
不产生
垂直于
线圈逆时针转过90°，线圈平面与磁感线 、AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势 ，线圈中的感应电流也 ，感应电流方向为 .
平行
最大
最大
D→C→B→A
交变电流的产生过程分析
K
F
E
L
K
F
E
L
A(B)
D(C)
A(B)
D(C)
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
当线圈再转过90°时，线圈平面又 于磁感线，线圈 感应电势.
垂直
不产生
当线圈再转过90°时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为 .
A→B→C→D
K
F
E
L
K
F
E
L
A(B)
D(C)
A(B)
D(C)
电流方向具有周期性变化的特点
中性面位置(S⊥B，图甲丙)：
Φ最大， 为0，e为0，i为0
线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次.
K
F
E
L
K
F
E
L
K
F
E
L
K
F
E
L
垂直中性面位置(S∥B，图乙丁)
Φ为0， 最大，e最大，i最大
P51
(多选)下图中，哪些线圈中产生了交变电流
√
√
√
由交变电流的产生条件可知，转动轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转动轴的位置没有特别要求，故选B、C、D.
(3) ab边转动的线速度是多大？
????=????????
?
(1)线圈转过的角度是多少？
(2) ab边的线速度方向与磁感线方向夹角是多大？
????=????????
?
????=????????=12????????????????
?
线圈从中性面开始以ω匀速转动，经时间t，ab长度为Lab，ad长度为Lad，磁感应强度B，则：
(4) ab边产生的感应电动势多大？
????????????=????????????????????sin?????=????????????????????????????????2sin?????????
?
(5)整个线圈产生的感应电动势多大？
????=2????????????=????????????????????????????????sin?????????=BSωsin ωt
?
(6)N匝线圈产生的感应电动势多大？
????=????????????????sin?????????
?
P52
????=????????????????sin???????????，??????????=????????????????
?
最大值Em由N、B、ω和S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.
如图，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同.
感应电动势：
发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压u、流过的电流i，也按正弦规律变化，即
u＝Umsin ωt
i＝Imsin ωt
Um和Im是电压和电流的最大值，也叫峰值
e、u、i 则是相应物理量的瞬时值
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.
P52
Im＝
Um＝ImR
正弦式电流是最简单、最基本的交变电流
P52
正弦式交变电流的图像：
(中性面开始计时)
B
v
A(B)
D(C)
ωt
t = 0
以垂直于中性面为计时起点，则 e＝Emcos ωt
u＝Umcos ωt
i＝Imcos ωt
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
在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如图乙、丙所示。
线圈（叫电枢）
→产生感应电动势
磁极
→产生磁场
2.发电机的构造
3.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
说明　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.
缺点：电压高会火花放电、电枢无法做大
优点：高电压、高功率输出
1.工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律.
P52-53：交流发电机
三峡电站一台正在吊装的发电机转子
4.发电机的能量转换
发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，
输送给外电路.
P53
交变电流
交变电流
交变电流的变化规律
交变电流
直流
交变电流的产生过程分析
感应电动势的表达式
两个特殊位置

峰值表达式
交变电流的产生过程
电压、电流的表达式
正弦式交变电流的图像
交流发电机
(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。(　　)
(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。(　　)
(3)线圈在垂直中性面位置时电流的方向发生改变。(　　)
(4)从线圈平面与中性面垂直开始计时，在线圈转动2圈的过程中电流方向改变4次。(　　)
×
×
×
√
(2022·汪清第六中学高二期末)如图所示的线圈匀速转动或做匀速直线运动，能产生交变电流的是
例1
√
如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小B＝ ，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω。求：
(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值；
例2
(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，感应电动势的瞬时值表达式；
(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值；
(5)电阻R两端电压的瞬时值表达式。
(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是
A.图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始
计时的
B.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
C.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零
D.感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大
例3
√
√
√
(2022·安徽衡安学校阶段练习)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的Φ－t图像如图所示。下列说法正确的是
A.t＝0时刻线圈在中性面位置，穿过线圈的磁通量
为零，磁通量的变化率为零
B.t＝0.01 s时线圈产生的感应电动势最大
C.t＝0.02 s时穿过线圈的磁通量的变化率为零
D.t＝0.03 s时线圈中的电流方向发生改变
针对训练
√
(2022·长春市第二中学高二期末)如图所示为交流发电机模型的示意图。位于磁场中的矩形导线框abcd可绕过其对称轴的轴线(图中虚线)转动。已知在t＝0时刻，线框的平面与磁场方向垂直(图示位置)，并从
例4
此位置开始以恒定的角速度绕转轴沿逆时针方向转动。若规定通过电阻的电流方向为由e到f为正，则下列i－t图像正确的是
√
(2023·上海市延安中学高二期末)关于交流发电机和直流电动机，下列说法正确的是
A.电动机是利用电磁感应现象制成的，工作时把机械能转化为电能
B.电动机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把电能转化为机械能
C.发电机是利用电磁感应现象制成的，工作时把电能转化为机械能
D.发电机是利用磁场对电流的作用制成的，工作时把机械能转化为电能
例5
√
作业：
步步高大小本

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