物理第三章交變電流第1節(jié)交變電流[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道交變電流、直流的概念。2.掌握交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律。3．知道交變電流的峰值、瞬時(shí)值的含義。01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1交變電流1．交變電流：方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作____________，簡(jiǎn)稱______。2．直流：______不隨時(shí)間變化的電流稱為直流。交變電流交流方向知識(shí)點(diǎn)2交變電流的產(chǎn)生1．產(chǎn)生方法閉合線圈在______磁場(chǎng)中繞____________的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。勻強(qiáng)垂直于磁場(chǎng)2．過(guò)程分析，如圖所示。

3．中性面：線圈平面與磁場(chǎng)______的位置。垂直[判一判]1．(1)交流電是指按正弦規(guī)律變化的電流。(

)(2)線圈轉(zhuǎn)一周有兩次經(jīng)過(guò)中性面，每轉(zhuǎn)一周電流方向改變一次。(

)(3)交流電源沒(méi)有正負(fù)極之分。(

)××√知識(shí)點(diǎn)3交變電流的變化規(guī)律1．瞬時(shí)值表達(dá)式：電動(dòng)勢(shì)：e＝____________，電壓：u＝____________，電流i＝____________。2．峰值：表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流可能達(dá)到的______值，也叫峰值。3．正弦式電流：按______規(guī)律變化的交變電流。Emsin

ωtUmsin

ωtImsin

ωt最大正弦[判一判]2．(1)線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的交流電是正弦式交變電流。(

)(2)當(dāng)線圈中的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的電流也最大。(

)(3)交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式與開(kāi)始計(jì)時(shí)的位置無(wú)關(guān)。(

)√××知識(shí)點(diǎn)4交流發(fā)電機(jī)1．分類：電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極不動(dòng)的發(fā)電機(jī)，叫作__________________發(fā)電機(jī)。如果磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞不動(dòng)，線圈中同樣會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種發(fā)電機(jī)叫作__________________發(fā)電機(jī)。2．轉(zhuǎn)子和定子：不論哪種發(fā)電機(jī)，______的部分都叫轉(zhuǎn)子，____________部分都叫定子。旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)磁極式轉(zhuǎn)動(dòng)不動(dòng)的1．(交變電流的產(chǎn)生)(多選)下列圖中線圈能產(chǎn)生交變電流的是(

)√√√解析：由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸不能平行于磁感線，但對(duì)線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒(méi)有特殊要求，故B、C、D正確?！探馕觯焊袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emsinωt，而Em＝nBωS，轉(zhuǎn)速加倍則ω加倍，同時(shí)將S減半，則Em不變，故C正確。3．(交變電流的圖像)(2022·四川雅安中學(xué)高二期中)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的Φ－t圖像如圖2所示。下列說(shuō)法正確的是(

)

A．t＝0時(shí)刻線圈在中性面位置，磁通量為零，磁通量的變化率為零B．t＝0.01s時(shí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C．t＝0.02s時(shí)線圈磁通量的變化率為零D．t＝0.03s時(shí)線圈中的電流方向發(fā)生改變√解析：t＝0時(shí)刻，磁通量等于零，但Φ的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈垂直于中性面，故A錯(cuò)誤；t＝0.01s時(shí)刻，磁通量最大，Φ的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，故B錯(cuò)誤；t＝0.02s時(shí)磁通量等于零，但Φ的變化率達(dá)到最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故C錯(cuò)誤；由題中圖像可知，t＝0.03s時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量最大，此時(shí)線圈經(jīng)過(guò)中性面，線圈中電流方向發(fā)生變化，故D正確。探究一交變電流的產(chǎn)生【問(wèn)題導(dǎo)引】假定線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲至丁所示，在四個(gè)過(guò)程中線圈中的電流方向是怎樣的？轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中沒(méi)有電流？轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)線圈中電流最大？提示：在四個(gè)過(guò)程中線圈中的電流方向如下表所示。轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電流方向甲→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，如圖中的甲、丙)電流i為0。垂直于中性面位置(S∥B位置，如圖中的乙、丁)電流i最大。中性面、垂直于中性面的位置的特性比較

中性面垂直于中性面的位置圖示

中性面垂直于中性面的位置感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)0最大位置線圈平面與磁場(chǎng)垂直線圈平面與磁場(chǎng)平行磁通量最大0磁通量變化率0最大感應(yīng)電流0最大電流方向改變不變【例1】(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是(

)A．當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B．當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為0時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為0C．每當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次D．線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為0√√[解析]

線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度方向與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0，此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率也等于0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)發(fā)生變化。線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為0，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，也可以說(shuō)此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大，故C、D正確。[針對(duì)訓(xùn)練1]

(多選)如圖所示，一面積為S的單匝矩形線圈處于有界磁場(chǎng)中，能在線圈中產(chǎn)生交變電流的是(

)A．將線圈水平向右勻速拉出磁場(chǎng)B．使線圈以O(shè)O′為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)C．使線圈以ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)D．磁場(chǎng)以B＝B0sinωt規(guī)律變化√√√解析：將線圈向右勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中磁通量勻速減小，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小不變，A錯(cuò)誤；線圈繞垂直于磁感線方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁通量發(fā)生周期性變化，因此產(chǎn)生交變電流，B、C正確；如果磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生周期性變化，而線圈面積不變，則磁通量也發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生交變電流，D正確。探究二交變電流的變化規(guī)律【問(wèn)題導(dǎo)引】1．從不同位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，交變電流的最大值和瞬時(shí)值是否相同？2．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)至如圖所示的位置時(shí)，哪些邊上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？提示：1.從不同位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，交變電流的最大值是相同的，瞬時(shí)值不同。2．AD、BC邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，線圈平面繞OO′(O為bc邊的中點(diǎn)，O′為ad邊的中點(diǎn))所在直線從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω。ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。說(shuō)明最大值由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)。如圖所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值均為Em＝NBSω。3．正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(1)從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt。(2)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt?！纠?】如圖所示的矩形線圈，ab＝40cm，ad＝20cm，共50匝，在B＝0.6T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以300轉(zhuǎn)每分的速度繞中心軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)t＝0時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)垂直。(1)寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。(2)求出當(dāng)t＝0.025s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開(kāi)始感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°角時(shí)電路中電流的瞬時(shí)值。探究三交變電流的圖像

1．交變電流的圖像正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖像上表示出來(lái)，圖像描述的是交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律，它們是正弦曲線。2．圖像信息(1)交變電流的最大值Im、Em、Um，周期T。(2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻。(3)找出線圈平行于磁感線的時(shí)刻。(4)判斷線圈中磁通量的變化情況。(5)分析判斷e、i、u隨時(shí)間的變化規(guī)律?！纠?】一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是(

)A．t1時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量最大B．t2時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為0C．t3時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量的變化率最大D．每當(dāng)電流方向變化時(shí)，線圈平面就會(huì)與中性面垂直√[解析]

t1時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈通過(guò)與中性面垂直的位置，穿過(guò)線圈的磁通量最小，A錯(cuò)誤；t2時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，線圈位于中性面位置，穿過(guò)線圈的磁通量最大，B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，穿過(guò)線圈的磁通量的變化率最大，C正確；每當(dāng)電流方向變化時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，即線圈轉(zhuǎn)到中性面位置，D錯(cuò)誤。[針對(duì)訓(xùn)練3]一只閉合的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間的變化圖像如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是(

)A．t＝0時(shí)刻，穿過(guò)線圈平面的磁通量的變化率最大B．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面重合C．t＝0.1s時(shí)刻，線圈中電流方向改變D．t＝0.2s時(shí)刻，線圈