教科版物理选修32讲义第2章 1交变电流Word文件下载.docx
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）
（2）教室的照明电路中所用的是正弦式交流电．（√）
（3）电流方向做周期性变化的电流就为交变电流．（√）
交变电流的大小是否一定变化？
它与直流电的最大区别是什么？
【提示】 交变电流的大小不一定变化，如方形波电流，它与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化．
探讨：
探究交变电流的特点如图2 1 1所示，把电流表接入到模型发电机的输出端，摇动发电机的手柄，观察电流表的指针摆动情况是怎样的？
电流表指针的摆动情况说明什么问题？
图2 1 1
【提示】 随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流大小、方向都处于变化中．
1．直流、交流、恒定电流的特点
（1）电流分类：
按电流的方向是否变化分直流和交流两种，方向不变的电流称为直流，方向变化的电流称为交流．
（2）直流分类：
分为恒定电流和脉动直流，其中大小、方向都不随时间改变的电流叫恒定电流，方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流．
（3）交流分类：
按交流电图像特点分正弦（或余弦）式交变电流、矩形波交变电流、锯形波交变电流等．
2．交变电流与直流电的本质区别
（1）交变电流的大小不一定变化，如方形波交变电流，其大小可以是不变的；
直流电的大小不一定不变．
（2）交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而直流电的方向不变．
1．下列四个图像中不属于交流电的是（ ）
【导学号：
46042085】
【解析】 A、B、C中e的方向均做周期性变化，故它们属于交流电，D中e的大小变化而方向不变，属直流电．
【答案】 D
2.对于如图2 1 2所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列描述哪些是正确的（ ）
46042086】
图2 1 2
A．电流的大小变化，方向也变化，是交流电
B．电流的大小变化，方向不变，不是交流电
C．电流的大小不变，方向不变，是直流电
D．以上说法都不正确
【解析】 由it图像可知，电流的大小变化，但电流方向一直为正，故电流方向不变，根据交变电流、直流电的定义可知，是直流电，B正确．
【答案】 B
（1）只要电流的方向发生周期性变化即为交变电流.
（2）在it或ut图中，正负表示方向，在读图时不仅要注意图像中的坐标原点是否为0，还要观察i（u）的值有无正负变化.
正弦交变电流的产生和表述
1．产生：
闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流就是正弦交流电．
2．描述
函数
图像
瞬时电动势：
e＝Emsin_ωt
瞬时电压：
u＝Umsin_ωt
瞬时电流：
i＝Imsin_ωt
最大值表达式：
Em＝NBSω.
3．中性面：
线圈平面与磁场垂直的位置．
（1）只要闭合线圈在匀强磁场里匀速转动就一定产生正弦交变电流．（×
（2）正弦交变电流的函数形式与计时起点有关．（√）
（3）当线圈中的磁通量为零时，产生的电流也为零．（×
如图2 1 3所示是线圈平面和磁场方向垂直的位置，即中性面位置，在此位置磁通量最大．在此位置为何线圈的电动势为零，感应电流为零？
图2 1 3
【提示】 因为线圈a边和d边线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，故电动势为零，感应电流为零．
在发电机模型中，线圈所处的位置和感应电动势的大小有直接关系．请思考并回答下列问题：
探讨1：
当线圈处于如图2 1 4所示与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边切割磁感线的速度有何特点？
线圈中的感应电流有何特点？
穿过线圈的磁通量的变化率有何特点？
图2 1 4
【提示】 线圈处于与中性面垂直的位置时，线圈的AB边或CD边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电流最大，磁通量的变化率最大．
探讨2：
交变电流在一个周期内，电流方向改变几次？
线圈在哪个位置时电流的方向发生改变？
【提示】 2次．线圈经过中性面时，线圈中电流的方向发生改变．
1．产生
在匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图2 1 5所示．
图2 1 5
2．过程分析（如图2 1 6所示）
图2 1 6
线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为b→a→d→c.
线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为b→a→d→c.
线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为a→b→c→d.
线圈由丁位置转到甲位置过程中，电流方向为a→b→c→d.
3．两个特殊位置对比
位置
中性面
中性面的垂面
磁通量
最大
零
磁通量变化率
感应电动势
线圈边缘切割磁感线的有效速度
感应电流
电流方向
改变
不变
4．瞬时值表达式的推导
若线圈平面从中性面开始转动，如图2 1 7，则经时间t：
图2 1 7
⇓
5．峰值表达式
Em＝NBSω＝NΦmω
Im＝
Um＝ImR′.
6．正弦交变电流的瞬时值表达式
（1）e＝NBSωsinωt＝Emsinωt.
（2）i＝＝sinωt＝Imsinωt.
（3）u＝iR＝ImRsinωt＝Umsinωt.
上面各式中的e、i、u仅限于从中性面开始计时的情况．若从垂直于中性面（即从线圈平面与磁场平行时）开始计时，则上述表达式应为e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.
3．（多选）矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间（ ）
46042087】
A．线圈平面与磁感线平行
B．通过线圈的磁通量最大
C．线圈中的感应电动势最大
D．线圈中感应电流的方向改变
【解析】 在线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做中性面．根据这一定义，线圈平面经过中性面瞬间，通过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势为零，此时，感应电流的方向发生改变，所以选项B、D正确．
【答案】 BD
4．某线圈在匀强磁场中转动所产生的电动势变化规律为e＝Emsinωt，保持其他条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时所产生的电动势的瞬时表达式为（ ）
A．e′＝2Emsin2ωt B．e′＝2Emsinωt
C．e′＝4Emsin2ωtD．e′＝4Emsinωt
【解析】 因ω＝2πn，故转速加倍时，角速度也加倍，根据Em＝NBSω，转速和匝数均加倍时，电动势的峰值将变为原来的4倍，所以选项C正确．
【答案】 C
5．如图2 1 8甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°
时（如图乙）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．下列四个选项中正确的是（ ）
【导学号：
46042088】
图2 1 8
【解析】 当从题图乙所示位置转过时刻，线圈处在中性面位置，感应电流为零，且在此段转动时间内电流方向为从b流向a，故选项B正确．
6．有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图2 1 9，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T．问：
图2 1 9
（1）该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？
（2）线框从图示位置转过60°
时，感应电动势的瞬时值是多大？
（3）写出感应电动势随时间变化的表达式．
【解析】
（1）交变电流电动势最大值为Em＝NBSω＝10×
0.5×
0.22×
10πV＝6.28V
电流的最大值为Im＝＝A＝6.28A.
（2）线框转过60°
时，感应电动势
E＝Emsin60°
＝5.44V.
（3）由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝6.28sin10πtV.
【答案】
（1）6.28V 6.28A
（2）5.44V
（3）e＝6.28sin10πtV
确定正弦式交变电流瞬时值表达式的基本方法
（1）明确线圈从什么位置开始计时以确定瞬时值表达式正弦函数0时刻的角度．
（2）确定线圈转动的角速度、线圈的面积、匝数，从而确定感应电动势的最大值．
（3）根据e＝Emsinωt写出正弦式交变电流的表达式．
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