第1节　交变电流 教学设计.doc

第三章

交变电流

第1节交变电流

[学习目标]

1．知道交变电流、直流的概念。2.掌握交变电流的产生和变化规律。

3．知道交变电流的峰值、瞬时值的含义。

知识点1交变电流

1．交变电流：方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。

2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流。

知识点2交变电流的产生

1．产生方法

闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。

2．过程分析，如图所示。

3．中性面：线圈平面与磁场垂直的位置。

[判一判]

1．(1)交流电是指按正弦规律变化的电流。()

(2)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。()

(3)交流电源没有正负极之分。()

提示：(1)×(2)×(3)√

知识点3交变电流的变化规律

1．瞬时值表达式：电动势：e＝Emsin__ωt，电压：u＝Umsin__ωt，电流i＝Imsin__ωt。

2．峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值，也叫峰值。

3．正弦式电流：按正弦规律变化的交变电流。

[判一判]

2．(1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时产生的交流电是正弦式交变电流。()

(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。()

(3)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。()

提示：(1)√(2)×(3)×

知识点4交流发电机

1．分类：电枢转动，磁极不动的发电机，叫作旋转电枢式发电机。如果磁极转动，电枢不动，线圈中同样会产生感应电动势，这种发电机叫作旋转磁极式发电机。

2．转子和定子：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。

1．(交变电流的产生)(多选)下列图中线圈能产生交变电流的是()

解析：选BCD。由交变电流的产生条件可知，轴不能平行于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特殊要求，故B、C、D正确。

2．(交变电流的规律)交流发电机工作时电动势为e＝Emsinωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为()

A．e′＝Emsineq\f(ωt,2) B．e′＝2Emsineq\f(ωt,2)

C．e′＝Emsin2ωt D．e′＝eq\f(Em,2)sin2ωt

解析：选C。感应电动势的瞬时值表达式e＝Emsinωt，而Em＝nBωS，转速加倍则ω加倍，同时将S减半，则Em不变，故C正确。

3．(交变电流的图像)(2022·四川雅安中学高二期中)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2所示。下列说法正确的是()

A．t＝0时刻线圈在中性面位置，磁通量为零，磁通量的变化率为零

B．t＝0.01s时线圈产生的感应电动势最大

C．t＝0.02s时线圈磁通量的变化率为零

D．t＝0.03s时线圈中的电流方向发生改变

解析：选D。t＝0时刻，磁通量等于零，但Φ的变化率最大，感应电动势最大，线圈垂直于中性面，故A错误；t＝0.01s时刻，磁通量最大，Φ的变化率为零，感应电动势为零，故B错误；t＝0.02s时磁通量等于零，但Φ的变化率达到最大，感应电动势最大，故C错误；由题中图像可知，t＝0.03s时刻穿过线圈的磁通量最大，此时线圈经过中性面，线圈中电流方向发生变化，故D正确。

探究一交变电流的产生

【问题导引】

假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示，在四个过程中线圈中的电流方向是怎样的？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？

提示：在四个过程中线圈中的电流方向如下表所示。

转动过程

电流方向

甲→乙

D→C→B→A

乙→丙

D→C→B→A

丙→丁

A→B→C→D

丁→甲

A→B→C→D

中性面位置(S⊥B位置，如图中的甲、丙)电流i为0。垂直于中性面位置(S∥B位置，如图中的乙、丁)电流i最大。

中性面、垂直于中性面的位置的特性比较

中性面

垂直于中性

面的位置

图示

续表

中性面

垂直于中性

面的位置

感应

电动势

0

最大

位置

线圈平面与

磁场垂直

线圈平面与

磁场平行

磁通量

最大

0

磁通量

变化率

0

最大

感应电流

0

最大

电流方向

改变

不变

【例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0时，线框中的感应电动势也为0

C．每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0

[解析]线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的