第三章

第一節交變電流高中物理選擇性必修第二冊問題引入

用示波器或電壓傳感器先觀察電池供給的電壓的波形，再觀察學生電源交流擋供給的電壓的波形。這兩種波形各有什么特點？方向大小不變化方向大小周期性變化交變電流1.恒定電流：大小方向都不隨時間變化的電流。2.直流電（DC）：方向不隨時間變化的電流叫做直流電。3.交流電（AC）：方向隨時間做周期性變化的電流叫做交流電。大小可變交變電流認識手搖發電機的內部結構1.定子：不動的部分叫定子——磁鐵2.轉子：轉動的部分叫轉子——電樞3.滑環：K、L4.電刷：E、F兩個磁極之間產生的磁場可近似為勻強磁場。交變電流交變電流

教學用發電機產生的電流，大小和方向都在不斷地變化，是一種交變電流。實驗結論：

那交變電流是怎么產生的呢？交變電流的產生

轉動手柄帶動線圈在磁場中轉動，假定線圈沿逆時針方向勻速轉動時，問：哪些邊切割磁感線？線圈的磁通量又是怎么變化的呢？AB邊和CD邊切割磁感線交變電流的產生甲乙AB和CD的速度方向與磁場平行AB和CD的速度方向與磁場垂直交變電流的產生乙AB和CD的速度方向與磁場垂直丙AB和CD的速度方向與磁場平行交變電流的產生丙AB和CD的速度方向與磁場平行丁AB和CD的速度方向與磁場垂直丁AB和CD的速度方向與磁場垂直交變電流的產生甲AB和CD的速度方向與磁場平行交變電流的產生(1)線圈轉到甲、丙位置時，磁通量有什么特點？(2)AB棒速度方向與磁場方向是什么關系？(3)此時的感應電動勢多大？感應電流方向怎么變化？甲丙思考與討論：交變電流的產生1.當線圈平面轉到與磁場方向垂直時，此時磁通量最大，我們把此時位置稱為中性面。2.中性面的特點：①

線圈平面與磁場垂直，即②

磁通量最大，即③

速度方向與磁場平行，不切割磁感線，④

線圈每經過中性面時，線圈中電流方向改變一次。交變電流的產生3.垂直中性面的特點：①

線圈平面與磁場平行，即②

磁通量最小，即③

速度方向與磁場垂直，感應電動勢最大，感應電流最大乙丁交變電流的產生演示：交變電流的變化圖像交變電流的變化規律

線圈處在磁感應強度是B的勻強磁場中，AB、CD寬L1，AD、BC長L2，線圈平面從中性面沿逆時針方向開始轉動，角速度ω。經過時間t，推導此時線圈中產生瞬時感應電動勢。

θ解析：1.線圈轉過的角度2.線圈AB邊的速度3.垂直磁場的速度交變電流的變化規律

θ4.AB邊產生的電動勢5.AB和CD邊都在切割磁感線產生的電動勢交變電流的變化規律6.若線圈從中性面開始轉動時，在t時刻產生的感應電動勢為：若線圈匝數為N，則：

線圈從中性面開始轉動時產生感應電動勢滿足正弦函數規律變化，所以又稱為正弦交流電。表示電動勢可能達到的最大值，又稱為峰值。交變電流的變化規律

發電機的線圈從中性面位置開始轉動時，電動勢按正弦規律變化，所以當負載為電燈等純電阻用電器時，負載兩端的電壓u、流過的電流i，也按正弦規律變化，即交變電流的變化規律交變電流的種類：

正弦式電流是最簡單、最基本的交變電流。電力系統中應用的大多是正弦式電流。交變發電機

如果電樞轉動，磁極不動的發電機，叫作旋轉電樞式發電機；如果磁極轉動，電樞不動，線圈中同樣會產生感應電動勢，這種發電機叫作旋轉磁極式發電機。不論哪種發電機，轉動的部分都叫轉子，不動的部分都叫定子。

旋轉電樞式發電機轉子產生的電流，必須經過裸露的滑環和電刷引到外電路，如果電壓很高，可能發生火花放電，滑環和電刷很快會燒壞。同時，轉動的電樞無法做得很大，線圈匝數也不可能很多，所以產生的感應電動勢也不能很高。這種發電機輸出的電壓一般不超過500V。交變發電機

旋轉磁極式發電機克服了上述缺點，能夠產生幾千伏到幾萬伏的電壓，輸出功率可達幾百兆瓦。所以，大多數發電機是旋轉磁極式的。練習與應用1.如圖所示，勻速轉動的線圈可以產生了正弦式交變電流的是(

)BCD練習與應用2．一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動。穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖所示，則以下說法中正確的是（）A.t=0時刻，線圈平面與中性面垂直B.t=0.01s時刻，Φ的變化率最大C.t=0.02s時刻，交變電流的電動勢

達到最大D.該線圈產生的交變電流的電動勢隨

時間變化的圖像如圖乙B練習與應用3.矩形線圈的匝數為50匝，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動時，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規律如圖所示。下列結論正確的是（

）

A.在t=0.1s時感應電動勢最大

B.在t=0.2s時電動勢改變方向

C.通過圖像可求出電動勢的最大值

D.在t=0.4s時，磁通量為0，感應電動勢最大CD練習與應用4.如圖甲所示，由交流發電機、定值電阻R、交流電流表A組成的閉合回路，線圈ABCD沿逆時針方向轉動，圖甲所示位置磁感線與線圈平面平行，從此刻開始計時，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖乙所示，則（

）A.t2