第一节 交变电流

高中人教版物理

第一节 交变电流

教学目标：

1．理解交变电流的产生原理

2．掌握交变电流的变化规律及表示方法

3．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念

4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力 教学重点：交变电流产生的物理过程分析

教学难点：交变电流的变化规律及应用

教学方法：启发 引导 讲授

教学用具：发动机模型

教学过程：

（一）引入新课

（二）新课教学

1.交变电流

恒定电流：大小和方向都不随时间而改变的电流。

交变电流：方向随时间周期性变化的电流。与直流电相比，交流电有许多优点，如：可以利用变压器升高或降低电压，利于长途传输；可以驱动结构简单，运行可靠的感应电动机。

2.交变电流的产生

演示实验：手摇发电机使小灯泡发亮 课件观察交变电流的产生。

结论：

（1）．线圈转动过程中电流的大小做周期性变化，中性面位置（B ⊥S ）最小，与中性面垂直的位置（B ∥S ）最大。

（2）．线圈每经中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变两次。

3.交变电流的变化规律

设线圈从中性面以角速度ω开始转动，经时间t ，线圈转过θ=ωt ，此时V 与B 夹角也为θ，令ab=dc=L ，ad=bc=L ′，则线圈面积S=LL ′。此时，ab 与dc 边产生的电动势大小均为BLVSin ωt ，整个线圈中产生的瞬时电动势大小为：e=2BLVSin ωt ，又V=2

L ω'，有： 22L e BL sin t B Ssin t ωωωω'=∙= 令E m =B ωS 有：sin m e E t ω=sin m e E t ω=（E m 为最大值）

若电路总电阻为R ，则瞬时电流为：

m sin I sin m E e i t t R R

ωω=== 同理可得电路的某段电压的瞬时值。

sin m u U t ω=

结论：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流是按正弦规律变化的，这种交变电流叫正弦交流电。

4.交变电流的图象

（1）．正弦交流电图象（可用示波器观察到）

（2）．几种常见的交变电流波形

5.例题

（1）、有人说，线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈磁通量最大，因而线圈中感应电动势最大；线圈平面与中性面垂直的瞬间，穿过线圈中磁通量为零，因而线圈中感应电动势为零，这种说法对不对？为什么？

解析：这种说法不对。在中性面时，各边都不切割磁感线，电动势为0，在与中性面垂直的位置，线圈切割磁感线的速度最大，电动势最大。

（2）、一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的

固定轴转动，线圈中产生的感应电动势e 随时间t 的变化如

图，则说法正确的是（ D ）

A ．t 2时刻通过线圈的磁通量最大；

B ．t 1时刻通过线圈的磁通量为零；

C ．t 3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大；

D ．每当电动势变换方向时，通过线圈的磁通量都为最大。

（3）、边长为20cm 正方形线圈绕对称轴OO ′在匀强磁场中匀速

转动，转速为n=120r/min ，磁感应强度为B=0.2T ，求转动中最

大感应电动势及其位置。若以图示位置为计时起点，写出电动势

的瞬时表达式 e=3.2π)(4cos 102V t π-⨯

（4）、发电机的转子是匝数为100匝，边长为20cm 的正方形线

圈，将它置于磁感应强度B=0.05T 的匀强磁场中，绕着垂直于磁场方向的轴以ω＝100πrad/s 的角速度转动，当线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈和外电路的总电阻R ＝100Ω。

①写出交流电流瞬时值表达式

)(100sin 200)(sin V t V t nBS e ππωω==

②线圈从计时开始，转过π/3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？ 在中性面时，BS =φ，转过π/3 时，BS BS 213cos

=='πφ，BS 21=∆φ，通过导体截面的电荷量C R

n q 310-=∆=φ 6.练习

（1）、某交流发电机正常工作时，电动势E=E m sin ωt ，当磁感应强度增大到原

来的2倍，转速变为原来的1/3，其它条件不变时，感应电动势的表达式为t E E m 3

sin 32ω=' （2）、对于如图所示的电流i 随时间t 作周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ AC ）

A 、电流大小变化，方向不变，是直流电

B 、电流大小、方向都变化，是交流电

C 、电流最大值为0.2A ，周期为0.01s

D 、电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电

（3）、面积为S 的矩形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，从中性面起以角速度ω匀速转动，在t 时刻线圈磁通量的瞬时值为（ B ）

A 、BS

B 、BScos ωt

C 、BSsin ωt

D 、BS/sin ωt

（4）、如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈在转动中产生的感应电动势最大值为m E (V)，转动的角速度为ω(rad/s)。若线圈转到图示位置开始计时，那么下列四个式子中正确表达了该线圈上产生的电动势e 随时间变化的函数式是（ BC ）

A 、e=m E sin ωt

B 、e=m E cos ωt

C 、e=m E sin(ωt+π/2)

D 、e=m

E cos(ωt+π/2)

（5）、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生

交流电的图象如图所示，由图可以知道（ BD ）