【物理】交变电流 2023-2024学年高二下人教版（2019）选择性必修第二册

3.1交变电流在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。P49P50在电力系统中，从发电到输配电，用的都是交变电流。在无线电电子设备中的各种电信号，大多数也是交变电流信号。P51交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流。如学生电源、手机充电器等。下列属于交变电流的是________；属于直流的是________.交变电流与直流的本质区别是_________________.思考与讨论(1)(2)(6)(3)(4)(5)电流方向是否改变0it恒定直流0it脉动直流电KAFELDCB交流发电机的基本构造近似为匀强磁场滑环K、L电刷E、F

线圈平面

磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线

，线圈

感应电动势.平行不产生垂直于线圈逆时针转过90°，线圈平面与磁感线

、AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势

，线圈中的感应电流也

，感应电流方向为

.平行最大最大D→C→B→A交变电流的产生过程分析KFELKFELA(B)D(C)A(B)D(C)当线圈再转过90°时，线圈平面又

于磁感线，线圈

感应电势.垂直不产生当线圈再转过90°时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为

.A→B→C→DKFELKFELA(B)D(C)A(B)D(C)电流方向具有周期性变化的特点中性面位置(S⊥B，图甲丙)：Φ最大，

为0，e为0，i为0线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次.KFELKFELKFELKFEL垂直中性面位置(S∥B，图乙丁)Φ为0，

最大，e最大，i最大P51(多选)下图中，哪些线圈中产生了交变电流√√√由交变电流的产生条件可知，转动轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转动轴的位置没有特别要求，故选B、C、D.(3)ab边转动的线速度是多大？

(1)线圈转过的角度是多少？(2)ab边的线速度方向与磁感线方向夹角是多大？

线圈从中性面开始以ω匀速转动，经时间t，ab长度为Lab，ad长度为Lad，磁感应强度B，则：(4)ab边产生的感应电动势多大？

(5)整个线圈产生的感应电动势多大？

(6)N匝线圈产生的感应电动势多大？

P52

最大值Em由N、B、ω和S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关.如图，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同.感应电动势：发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压u、流过的电流i，也按正弦规律变化，即

u＝Umsin

ωt

i＝Imsin

ωtUm和Im是电压和电流的最大值，也叫峰值e、u、i

则是相应物理量的瞬时值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.P52Im＝Um＝ImR

正弦式电流是最简单、最基本的交变电流P52正弦式交变电流的图像：(中性面开始计时)BvA(B)D(C)ωtt=0

以垂直于中性面为计时起点，则

e＝Emcosωtu＝Umcosωt

i＝Imcosωtv‖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在电子技术中也常遇到其他形式的交流，如图乙、丙所示。线圈（叫电枢）→产生感应电动势磁极→产生磁场2.发电机的构造3.基本种类旋转电枢式→电枢动，磁极不动旋转磁极式→磁极动，电枢不动说明不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子.缺点：电压高会火花放电、电枢无法做大优点：高电压、高功率输出1.工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律.P52-53：交流发电机三峡电站一台正在吊装的发电机转子4.发电机的能量转换发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路.P53交变电流交变电流交变电流的变化规律交变电流直流交变电流的产生过程分析感应电动势的表达式两个特殊位置

峰值表达式交变电流的产生过程电压、电流的表达式正弦式交变电流的图像交流发电机(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。(

)(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。(

)(3)线圈在垂直中性面位置时电流的方向发生改变。(

)(4)从线圈平面与中性面垂直开始计时，在线圈转动2圈的过程中电流方向改变4次。(

)×××√(2022·汪清第六中学高二期末)如图所示的线圈匀速转动或做匀速直线运动，能产生交变电流的是例1√

如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小B＝

，边长L＝10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路电阻R＝4Ω。求：(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值；例2(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，感应电动势的瞬时值表达式；(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值；(5)电阻R两端电压的瞬时值表达式。(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是A.图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始

计时的B.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零C.t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D.感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大例3√√√(2022·安徽衡安学校阶段练习)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图像如图所示。下列说法正确的是A.t＝0时刻线圈在中性面位置，穿过线圈的磁通量

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时穿过线圈的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针对训练√(2022·长春市第二中学高二期末)如图所示为交流发电机模型的示意图。位于磁场中的矩形导线框abcd可绕过其对称轴的轴线(图中虚线)转动。已知在t＝0时刻，线框的平面与磁场方向垂直(图示位置)，并从例4此位置开始以恒定的角速度绕转轴沿逆时针方向转动。若规定通过电阻的电流方向为由e到f为正，则下列i－t图像正确的是√(2023·