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第三章 交变电流
粤教版 选择性必修二
第一节 认识交变电流
新课导入
从墙面插座中获得的电流与摇控器中的电流有什么不同吗？
Part 01
直流和交流
直流和交流
1.交变电流（AC）：大小、方向都随时间做周期性的变化.简称交流。
2.直流电（DC） ：方向不随时间变化的电流
O
i
t
恒定直流
O
i
t
脉动直流电
方向呈周期性变化是判断交流的标准！
（大小不变，方向改变的电流也是交流）
直流
恒定电流：大小和方向不随时间变化的电流
脉动直流：方向不变，大小随时间变化的电流
直流和交流
3、几种常见的交变电流的种类
(1)正弦式交流电
(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
小试牛刀
你能判断出下列各图属于交流电的有哪些吗？
ACDE
i
t
A
B
i
t
C
i
t
D
i
t
E
F
Part 02
交变电流的产生
交变电流的产生
手摇发电机
交变电流的产生
【原理】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感应强度的轴匀速转动，由于穿过线圈的磁通量发生变化（两条垂直于磁感应强度的边切割磁感线）而产生感应电动势。
手摇发电机
交变电流的产生
【分步探究】
a
b
c
d
e
交变电流的产生
【分步探究】
a(起始位置)
中性面：线圈与磁场方向垂直的平面。
B⊥S，φ最大
v∥B，没有边切割磁感线。
E=0，I=0
特点：1.B⊥S，φ最大
2.没有切割，E=0，I=0
交变电流的产生
【分步探究】
b（转动90°)
B//S，φ=0
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线
E最大，I最大
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
2.感应电流方向abcd
交变电流的产生
【分步探究】
c（转动180°)
v∥B，没有边切割磁感线。
E=0，I=0
B⊥S，φ最大
中性面：线圈与磁场方向垂直的平面。
特点：1.B⊥S，φ最大
2.没有切割，E=0，I=0
交变电流的产生
【分步探究】
d（转动270°)
B//S，φ=0
a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线
E最大，I最大
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
2.感应电流方向dcba
交变电流的产生
【分步探究】
e(原位置)
B⊥S，φ最大
v∥B，没有边切割磁感线。
E=0，I=0
中性面：线圈与磁场方向垂直的平面。
特点：1.B⊥S，φ最大
2.没有切割，E=0，I=0
交变电流的产生
思考：
1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？
2、线圈转到什么位置时磁通最大？这时感应电动势最大还是最小？
3、线圈转到什么位置时磁通最小？这时感应电动势最大还是最小？
2次
中性面时磁通量最大，但Δφ/Δt =0最小，感应电动势最小为0
与中性面垂直时磁通量最小，但φ=0, Δφ/Δt最大，感应电动势最大
线圈每次经过中性面时电流方向改变一次。
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
Φ=BS 最大
E=0
Φ/ t= 0
I=0
将立体图转化为平面正视图
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）
Part 04
用公式描述交变电流
用公式描述交变电流
如何从理论上探究线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势随时间的变化规律
定性
定量
B
v
d(c)
a(b)
t=0
θ
v
磁感应强度是B，ab、cd长为l，ad、bc宽为d，矩形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，经过时间 t ，
求此时的感应电动势的表达式 .
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？
=
ab边的速度多大？
t
ab边中的感应电动势多大？
vsinθ sin t= BSsin t
线圈中的感应电动势多大？
BS sin t
t
用公式描述交变电流
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
BS sin t
若为N匝线圈
BS sin t
当
sin t=1时，
e有最大值用Em表示
BS
sin t
感应电动势的瞬时值：
感应电动势的峰值：
用公式描述交变电流
思考：若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，则流过的电流 i 、负载两端的电压 u 随时间变化的规律是怎样的？
流过负载的电流：
负载两端电压：
e ＝ Em sin ωt
i ＝ Im sin ωt
u ＝ Um sin ωt
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
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
d(c)
a(b)
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：
课堂练习
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象如图甲所示。则下列说法正确的是 (　　)
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，交流电动势达到最大
D．该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示
B　
课堂练习
2、如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动。当从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在 的时刻 （ ）
A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈所受的安培力最大
D．线圈中的电流为零
D
课堂练习
3、如图所示，一半径为r＝10 cm的圆形线圈共N=100匝，在磁感应强度 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(图中位置)时开始计时。
(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式。
(2)求线圈从图示位置开始在 时的电动势的瞬时值。
(3)求线圈从图示位置开始在 时间内的电动势的平均值。
课堂练习
4、(多选)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图线a所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图线b所示，以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是（ ）
A．从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值
B．线圈先后两次转速之比为2∶3
C．在图线a和b中，t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
D．图线b电动势的瞬时值表达式为
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