1、3.2 交变电流,3.2.1 交变电流,一、交变电流 1.交变电流：大小和方向都随时间做_变化的电流叫做交变电流，简称交流(AC)。 2.直流：_不随时间变化的电流称为直流(DC)，_都不随时间变化的电流称为恒定电流。,周期性,方向,大小和方向,思考判断(1)交变电流的大小一定随时间变化。( )(2)大小和方向都不随时间变化的电流才是直流电。 ( )(3)交变电流的大小可以不变，但方向一定随时间周期性变化。 ( )(4)交变电流不稳定，很容易“烧坏”家用电器。 ( ),二、交变电流的产生 1.正弦式交变电流的产生条件：将闭合矩形线圈置于_磁场中，并绕_磁场方向的轴_转动。如图1所示。图1,匀强
2、,垂直,匀速,2.两个特殊位置(1)中性面：线圈平面与磁感线_时的位置。(SB位置，如图1中的甲、丙)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的_，但线圈中的电流为_。线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流的方向都要改变，线圈转动一周，感应电流的方向改变_次。(2)垂直中性面位置(SB位置，如图1中的乙、丁)此时穿过线圈的为_，电流_。,垂直,最大,零,两,零,最大,思考判断(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)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零。 ( )(4)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。 ( ),三、
3、交变电流的变化规律 1.瞬时值表达式：从中性面开始计时，电动势：e_，电压：u_，电流i_。 2.峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大值，叫做峰值。 3.正弦式交变电流：按_规律变化的交变电流，简称正弦式电流。,Emsin t,Umsin t,Imsin t,正弦,4.其他形式的交变电流：如图2甲所示的_交变电流，如图乙所示的为_交变电流。图2,锯齿形,矩形,交变电流的产生,线圈绕OO轴沿逆时针方向匀速转动，如图3甲至丁所示。图3,要点归纳,1.过程分析,2.两个特殊位置的对比,例1 (多选)如图4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
4、( )图4,精典示例,答案 AC,交变电流的变化特点 (1)线圈转至与磁感线平行时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，故线圈每转一周，电动势最大值出现两次。 (2)线圈每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要改变一次。线圈转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都改变两次。,针对训练1 一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动，线圈平面位于如图5甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )图5,A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C.t2、t4时刻线圈中磁通量最
5、大 D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小,答案 B,交变电流的变化规律,1.交变电流的瞬时值表达式推导 线圈平面从中性面开始转动，如图6所示，则经过时间t：图6(1)线圈转过的角度为t。(2)ab边的线速度跟磁感线方向的夹角t。,要点归纳,2.峰值表达式,3.正弦交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时eEmsin t，iImsint，UUmsin t。(2)从与中性面垂直的位置开始计时eEmcost，iImcost，UUmcos t。,4.交变电流的图象如图7所示，从中性面开始计时图7,易错提醒(1)从不同的位置开始计时，得到的交变电流的表达式不同。(2)感应电动势的峰值与线圈的形
6、状和转轴的位置没有关系。如图所示，三个不同形状的线圈产生的交变电流的感应电动势的峰值相同。,例2 一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻r2 ，外接电阻R8 ，线圈在磁感应强度B T的匀强磁场中以n300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图8所示，若从中性面开始计时，求：,精典示例,图8,解析 (1)线圈转速n300 r/min5 r/s，角速度2n10 rad/s， 线圈产生的感应电动势最大值EmNBS50 V， 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为eEmsin t50sin (10t) V。,确定正弦式电流电动势瞬时值表达式的基本方法 (1)确定线圈转动从哪个位
7、置开始计时，以确定瞬时值表达式是正弦规律变化还是余弦规律变化。 (2)确定线圈转动的角速度。 (3)确定感应电动势的峰值EmNBS。 (4)写出瞬时值表达式eEmsin t或eEmcos t。,针对训练2 如图9所示，匀强磁场磁感应强度B0.1 T，所用矩形线圈的匝数n100，边长lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s绕OO轴匀速转动。试求：,(1)感应电动势的峰值； (2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，线圈中瞬时感应电动势的表达式；,图9,解析 (1)由题可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2，感应电动势的峰值EmnBS1000.10.1100 V10
8、0 V314 V。 (2)若从线圈平面垂直磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值eEmsin t 所以e314sin (100t) V (3)若从线圈平面平行磁感线时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为 eEmcos t，代入数据得e314cos (100t) V,答案 (1)314 V (2)e314sin (100t) V (3)157 V,1.(交变电流的产生)(多选)如图中哪些情况线圈中产生了交变电流( )解析 由交变电流的产生条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求，故选项B、C、D正确。答案 BCD,2.(交变电流的变化规律)(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁
9、场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( )A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零C.当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零,解析 线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以感应电动势等于零，也即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变。线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感
10、应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大，故选项C、D正确。 答案 CD,3.(交变电流的瞬时值表达式)(多选)如图10所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e0.5sin (20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量( )图10A.匀强磁场的磁感应强度 B.线框的面积C.穿过线框的磁通量的最大值 D.线框转动的角速度,解析 根据单匝闭合线圈正弦式交变电流的表达式eBSsin t，可得20 rad/s，而磁通量的最大值的表达式为BS，所以可以根据BS0.5求出磁通量的最大值。故选项B、C正确。 答案 CD,4.(交变电流图象的分析)一只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象如图11甲所示。则下列说法正确的是( )图11A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直B.t0.01 s时刻，的变化率最大C.t0.02 s时刻，感应电动势达到最大D.该线圈相应产生的感应电动势的图象如图乙所示,解析 t0时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，选项A错误；t0.01 s时刻，的变化率最大，选项B正确；t0.02 s时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面的位置，磁通量变化率为零，电动势为零，选项C、D错误。 答案 B,
