第1节　交变电流

1．填一填(1)波形图：在显示屏上显示的电压(或电流)随

变化的图像。(2)交变电流：方向随时间做

变化的电流，简称交流。(3)直流：

不随时间变化的电流，如电池供给的电流、日常使用的各种充电器输出的电流等。时间周期性方向2．判一判(1)大小不变，方向随时间做周期性变化的电流为直流。

(

)(2)只要方向随时间做周期性变化的电流即为交变电流。

(

)(3)手机充电器输出的是直流。

(

)3．选一选如图所示的图像中表示交变电流的是

(

)×√√解析：B、C两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但电流方向不变，故不是交变电流。A图中电流的方向没发生变化，不是交变电流。D图中，电流的大小、方向均随时间做周期性变化，是交变电流，故D正确。答案：D

1．填一填(1)交变电流的产生①产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕

于磁场方向的轴转动。②过程分析(如图所示)垂直③感应电流随时间变化的曲线(2)交变电流的变化规律①中性面：线圈转到与磁场

的平面。垂直③正弦式交变电流a．表达式：e＝_________

u＝_________i＝__________其中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值。b．图像(如图所示)EmsinωtEmsinωtEmsinωt2．判一判(1)在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动通过中性面时，感应电动势为0。

(

)(2)线圈绕垂直于磁场的转轴匀速转动的过程中产生交变电流的峰值越大，瞬时值也越大。

(

)(3)交变电流的电压和电流图像一定是正弦函数图像。

(

)3．想一想如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为0，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢？√××1．填一填(1)交流发电机的构造：由产生感应电动势的

(通常叫作电枢)和产生磁场的磁体两部分组成。(2)发电机类别①旋转电枢式发电机：

转动，

不动的发电机。输出电压一般不超过500V。②旋转磁极式发电机：

转动，

不动的发电机。输出电压可达几万伏。线圈电枢磁极磁极电枢(3)转子和定子①转子：

的部分。②定子：

的部分。(4)发电机的能量转化发电机的转子由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。转动不动2．想一想如何提高交流发电机输出电压的峰值？提示：由Em＝NBSω可知，要提高峰值Em，可以考虑提高电枢的匝数N，面积S，磁感应强度B及旋转的角速度ω。按图连接电路，当开关闭合时，观察小灯泡的发光情况。电路中的电流方向从哪里流向哪里？电流方向是否随时间改变？电路中的电流大小是否随时间改变？提示：电路中的电流从电源的正极经小灯泡流向负极，电流的方向、大小不随时间改变。

[重难释解]1．正弦式交变电流的产生条件(1)匀强磁场。(2)线圈匀速转动。(3)线圈的转轴垂直于磁场方向。[解析]

t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于0，线圈中感应电流方向改变，A正确，B错误；t2、t4时刻磁通量为0，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，线圈中感应电流方向没有改变，C、D错误。[答案]

A分析图像问题的两个关键点(1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，开始计时时线圈所处的位置不同，得到的i­t或e­t图像也就不同。(2)分析有关交变电流的图像问题时，要注意从图像中找出两个特殊位置(中性面和垂直中性面位置)所对应的时刻。[素养训练]1．(多选)下列各选项中线圈中产生正弦式交变电流的是(线圈均匀速转动)(

)解析：根据正弦式交变电流产生的条件可知，B、C、D正确。答案：BCD

2．(多选)如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是

(

)A．线圈每转动一周，指针左右摆动一次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．线圈逆时针转动到图示位置时，ab边的感应电流方向为a→b

D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为0解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项A正确；图示位置为与中性面垂直的位置，线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故选项B错误、C正确；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为0，磁通量的变化率最大，故选项D错误。答案：AC

3．如图所示，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴做匀速转动，经过中性面时，以下说法错误的是

(

)A．线圈平面与磁感线方向垂直B．线圈中感应电流的方向将要发生改变C．通过线圈平面的磁通量最大D．通过线圈的感应电流最大解析：中性面，就是磁场方向与线圈平面垂直的位置，故A正确。经过中性面时，电流减为0，经过中性面电流方向将发生改变，故B正确。经过中性面时，磁场垂直于线圈平面，此时磁通量最大，故C正确。经过中性面时，线圈平面与磁场方向垂直，不切割磁感线，不产生感应电动势，感应电流为0，D错误。答案：D

(1)如果从S∥B位置开始计时，交变电流的电动势表达式？(2)电容器的耐压值能不能低于交变电流的峰值？提示：(1)如果从S∥B位置开始计时，交变电流的电动势表达式为e＝NBSωcosωt。(2)电容器的耐压值不能低于交变电流的峰值，否则会损坏。

[重难释解]1．交变电流的峰值(1)由交变电动势的表达式e＝NBSωsinωt可知，电动势的峰值Em＝NBSω。(2)交变电动势的最大值，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场，因此如图所示几种情况，若N、B、S、ω相同，则电动势的最大值相同。3．正弦式交变电流的图像：(从中性面开始计时)(1)正弦式交变电流电动势e随时间变化的图像如图甲所示。(2)正弦式交变电流电压u随时间变化的图像如图乙所示。(3)正弦式交变电流电流i随时间变化的图像如图丙所示。[素养训练]1．一个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像如图甲所示，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＝0.01s时刻，磁通量的变化率达到最大C．t＝0.02s时刻，交流电动势达到最大D．该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示3．在如图所示的交流发电机线圈中，如果ab边长为l1，bc边长为l2，线圈转动的角速度为ω，线圈匝数为n，磁感应强度为B，从图示位置开始转动，线圈电阻不计。(1)求交变电动势的峰值Em。(2)求通过电阻R的电流的瞬时值表达式。一、培养创新意识和创新思维1．将灯泡和开关用导线连接到交流电源的两接线柱上，闭合开关，灯泡发光后，把U形磁铁置于灯泡的上端(如图)，仔细观察灯丝出现什么现象。为什么？解析：可以观察到灯丝会抖动，原因是当灯丝通以交变电流时，因电流的方向是变化的，灯丝所受的安培力的大小和方向时刻变化，引起灯丝不停地抖动。答案：见解析二、注重学以致用和思维建模2．风力发电机为一种新能源产品，功率为200W到15kW，广泛应用于分散住户。若风力发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是

(

)A．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B．穿过线圈的磁通量等于0，线圈中的感应电动势最大C．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于0D．穿过线圈的磁通量等于0，线圈中的感应电动势等于0解析：当线圈通过中性面时，线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，但线圈的磁通量变化率为0，感应电动势为0，选项C正确。答案：C

3．大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机，如图所示为其原理简图。竖直平面内闭合线圈abcd固定不动，磁