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(共19张PPT)
第一节
交变电流
交变电流
制作人：
使用时间：2024年3月31号
1.知道交变电流和直流的概念
2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流的变化规律
3.知道交变电流的瞬时值、峰值的物理意义
4.掌握电流、电压、电动势的瞬时值表达式，知道中性面的物理特点
学习目标（1min）
一、交变电流
1、交变电流：
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC)。
2、直流电：
方向不随时间变化的电流叫做直流电，简称直流（DC）。
新课讲解
二、交变电流的产生（交流发电机）
1、发电机的基本构造
线圈（abcd）：转轴垂直于磁场方向
磁极（N S）：磁极间形成匀强磁场
为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？
新课讲解
交变电流产生示意图：
新课讲解
A(B)
D(C)
A(B)
D(C)
A(B)
D(C)
电流方向具有周期性变化的特点
E=0、I=0
电流：A→D→C→B→A
电流：A→B→C→D→A
A(B)
D(C)
E=0、I=0
(1)线圈经过甲、丙位置时，电流方向发生改变
(2)线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；转到乙、丁位置时线圈中电流最大！
A(B)
D(C)
A(B)
D(C)
D(C)
A(B)
B
D(C)
A(B)
B
甲
乙
丙
丁
①线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流为零。
②线圈每经过中性面一次，交流电流方向改变一次，线圈每转动一周（交流电的一个周期） ，两次经过中性面，交流电流的方向改变两次。
中性面
A(B)
D(C)
与磁感线垂直的平面
新课讲解
设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω．经过时间t，AB、CD宽L1，AD、BC长L2 ，磁感应强度是B.
B
v
A(B)
D(C)
t=0
θ
v11
v⊥
中性面
线圈与中性面的夹角是多少？
AB边的速度多大？
AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？
AB边中的感应电动势多大？
线圈中的感应电动势多大？
新课讲解
（1）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
e为电动势在时刻t的瞬时值
Em为电动势的最大值（峰值）：
三．交变电流的变化规律
(2)当从中性面垂直的位置开始计时时是怎样的？
（3）若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律
R两端的电压为
新课讲解
（4）正弦式交变电流的产生条件：
①线圈的转轴垂直与磁场方向；
②线圈匀速转动；③匀强磁场
注意：表达式中的分别为电动势、电压和电流的最大值，叫作峰值
e
o
Em
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
交流电的图像
中性面 中性面的垂面 远离中性面 靠近中性面
位置 线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行 线圈平面与磁场夹角变小 线圈平面与磁场夹角变大
磁通量 最大 零 变小 变大
磁通量变化率 零 最大 变大 变小
感应电动势 零 最大 变大 变小
线圈边缘线速度与磁场方向夹角 零 90° 变大 变小
感应电流 零 最大 变大 变小
电流方向 改变 不变 不变 不变
不同位置的特点比较
交流发电机
用来产生感应电动势
（电枢）
用来产生磁场
旋转电枢式发电机
旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动，输出电压一般不超过500 V。
旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。
旋转磁极式发电机
【典例1】　（多选）如图所示，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，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内（　　）
A.线圈中的感应电流一直在减小
B.线圈中的感应电流先增大后减小
C.穿过线圈的磁通量一直在减小
D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
解析　计时开始时线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大，其变化率一直减小，故A、D正确。
答案　AD

1.（多选）矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　）
A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C.当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次
D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
CD
【典例2】　如图所示，正方形线圈abcd的边长是0.5 m，共150匝，匀强磁场的磁感应强度为B＝ T，当线圈以150 r/min的转速绕中心轴线OO'匀速旋转时。
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
解析　（1）e＝Emsin ωt＝NBS·2πnsin 2πnt，
代入数据可得e＝375sin 5πt（V）。
答案　（1）e＝375sin 5πt（V）　
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。
3、交变电流的变化规律：
（1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。
（2）大小变化规律-------按正弦规律变化：
e=Emsinωt Em=NBSω叫电动势的最大值
i=Imsinωt Im=Em/R叫电流的最大值
u=Umsinωt Um=ImR叫电压的最大值
小结
2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
Em
- Em
（1）线圈与磁感线垂直时
①感应电动势_____,磁通量_____。
②是电流方向_________的位置。
（2）当线圈与磁感线平行时：
感应电动势_____，磁通量_____。
（3）线圈连续匀速转动的过程中：
电流的大小和方向都做______变化。
0
e
t
理解:
最小
最大
最大
最小
发生变化
周期性

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