第1節(jié)　交變電流

1．填一填(1)波形圖：在顯示屏上顯示的電壓(或電流)隨

變化的圖像。(2)交變電流：方向隨時(shí)間做

變化的電流，簡(jiǎn)稱交流。(3)直流：

不隨時(shí)間變化的電流，如電池供給的電流、日常使用的各種充電器輸出的電流等。時(shí)間周期性方向2．判一判(1)大小不變，方向隨時(shí)間做周期性變化的電流為直流。

(

)(2)只要方向隨時(shí)間做周期性變化的電流即為交變電流。

(

)(3)手機(jī)充電器輸出的是直流。

(

)3．選一選如圖所示的圖像中表示交變電流的是

(

)×√√解析：B、C兩圖像中，雖然電流大小隨時(shí)間做周期性變化，但電流方向不變，故不是交變電流。A圖中電流的方向沒發(fā)生變化，不是交變電流。D圖中，電流的大小、方向均隨時(shí)間做周期性變化，是交變電流，故D正確。答案：D

1．填一填(1)交變電流的產(chǎn)生①產(chǎn)生條件：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線圈繞

于磁場(chǎng)方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。②過程分析(如圖所示)垂直③感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的曲線(2)交變電流的變化規(guī)律①中性面：線圈轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)

的平面。垂直③正弦式交變電流a．表達(dá)式：e＝_________

u＝_________i＝__________其中Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的峰值。b．圖像(如圖所示)EmsinωtEmsinωtEmsinωt2．判一判(1)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中線圈繞垂直磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)通過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0。

(

)(2)線圈繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生交變電流的峰值越大，瞬時(shí)值也越大。

(

)(3)交變電流的電壓和電流圖像一定是正弦函數(shù)圖像。

(

)3．想一想如何理解線圈平面轉(zhuǎn)到中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，而線圈平面與中性面垂直時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大呢？√××1．填一填(1)交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造：由產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的

(通常叫作電樞)和產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體兩部分組成。(2)發(fā)電機(jī)類別①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：

轉(zhuǎn)動(dòng)，

不動(dòng)的發(fā)電機(jī)。輸出電壓一般不超過500V。②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：

轉(zhuǎn)動(dòng)，

不動(dòng)的發(fā)電機(jī)。輸出電壓可達(dá)幾萬伏。線圈電樞磁極磁極電樞(3)轉(zhuǎn)子和定子①轉(zhuǎn)子：

的部分。②定子：

的部分。(4)發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)等帶動(dòng)，將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，輸送給外電路。轉(zhuǎn)動(dòng)不動(dòng)2．想一想如何提高交流發(fā)電機(jī)輸出電壓的峰值？提示：由Em＝NBSω可知，要提高峰值Em，可以考慮提高電樞的匝數(shù)N，面積S，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及旋轉(zhuǎn)的角速度ω。按圖連接電路，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，觀察小燈泡的發(fā)光情況。電路中的電流方向從哪里流向哪里？電流方向是否隨時(shí)間改變？電路中的電流大小是否隨時(shí)間改變？提示：電路中的電流從電源的正極經(jīng)小燈泡流向負(fù)極，電流的方向、大小不隨時(shí)間改變。

[重難釋解]1．正弦式交變電流的產(chǎn)生條件(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。(3)線圈的轉(zhuǎn)軸垂直于磁場(chǎng)方向。[解析]

t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量最大，而磁通量的變化率等于0，線圈中感應(yīng)電流方向改變，A正確，B錯(cuò)誤；t2、t4時(shí)刻磁通量為0，線圈與磁場(chǎng)平行，磁通量變化率最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，線圈中感應(yīng)電流方向沒有改變，C、D錯(cuò)誤。[答案]

A分析圖像問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，開始計(jì)時(shí)時(shí)線圈所處的位置不同，得到的i-t或e-t圖像也就不同。(2)分析有關(guān)交變電流的圖像問題時(shí)，要注意從圖像中找出兩個(gè)特殊位置(中性面和垂直中性面位置)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)下列各選項(xiàng)中線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流的是(線圈均勻速轉(zhuǎn)動(dòng))(

)解析：根據(jù)正弦式交變電流產(chǎn)生的條件可知，B、C、D正確。答案：BCD

2．(多選)如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是

(

)A．線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，指針左右擺動(dòng)一次B．圖示位置為中性面，線圈中無感應(yīng)電流C．線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b

D．線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁通量變化率為0解析：線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時(shí)電流改變方向，線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次通過中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動(dòng)一次，故選項(xiàng)A正確；圖示位置為與中性面垂直的位置，線圈處于圖示位置時(shí)，ab邊向右運(yùn)動(dòng)，由右手定則，ab邊的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤、C正確；線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大，也可以這樣認(rèn)為，線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁通量為0，磁通量的變化率最大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：AC

3．如圖所示，矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的對(duì)稱軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過中性面時(shí)，以下說法錯(cuò)誤的是

(

)A．線圈平面與磁感線方向垂直B．線圈中感應(yīng)電流的方向?qū)⒁l(fā)生改變C．通過線圈平面的磁通量最大D．通過線圈的感應(yīng)電流最大解析：中性面，就是磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直的位置，故A正確。經(jīng)過中性面時(shí)，電流減為0，經(jīng)過中性面電流方向?qū)l(fā)生改變，故B正確。經(jīng)過中性面時(shí)，磁場(chǎng)垂直于線圈平面，此時(shí)磁通量最大，故C正確。經(jīng)過中性面時(shí)，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，不切割磁感線，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流為0，D錯(cuò)誤。答案：D

(1)如果從S∥B位置開始計(jì)時(shí)，交變電流的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式？(2)電容器的耐壓值能不能低于交變電流的峰值？提示：(1)如果從S∥B位置開始計(jì)時(shí)，交變電流的電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為e＝NBSωcosωt。(2)電容器的耐壓值不能低于交變電流的峰值，否則會(huì)損壞。

[重難釋解]1．交變電流的峰值(1)由交變電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式e＝NBSωsinωt可知，電動(dòng)勢(shì)的峰值Em＝NBSω。(2)交變電動(dòng)勢(shì)的最大值，由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω及線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)，但轉(zhuǎn)軸必須垂直于磁場(chǎng)，因此如圖所示幾種情況，若N、B、S、ω相同，則電動(dòng)勢(shì)的最大值相同。3．正弦式交變電流的圖像：(從中性面開始計(jì)時(shí))(1)正弦式交變電流電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的圖像如圖甲所示。(2)正弦式交變電流電壓u隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示。(3)正弦式交變電流電流i隨時(shí)間變化的圖像如圖丙所示。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖像如圖甲所示，則下列說法正確的是

(

)A．t＝0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直B．t＝0.01s時(shí)刻，磁通量的變化率達(dá)到最大C．t＝0.02s時(shí)刻，交流電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D．該線圈相應(yīng)的交流電動(dòng)勢(shì)圖像如圖乙所示3．在如圖所示的交流發(fā)電機(jī)線圈中，如果ab邊長為l1，bc邊長為l2，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，線圈匝數(shù)為n，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，從圖示位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈電阻不計(jì)。(1)求交變電動(dòng)勢(shì)的峰值Em。(2)求通過電阻R的電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維1．將燈泡和開關(guān)用導(dǎo)線連接到交流電源的兩接線柱上，閉合開關(guān)，燈泡發(fā)光后，把U形磁鐵置于燈泡的上端(如圖)，仔細(xì)觀察燈絲出現(xiàn)什么現(xiàn)象。為什么？解析：可以觀察到燈絲會(huì)抖動(dòng)，原因是當(dāng)燈絲通以交變電流時(shí)，因電流的方向是變化的，燈絲所受的安培力的大小和方向時(shí)刻變化，引起燈絲不停地抖動(dòng)。答案：見解析二、注重學(xué)以致用和思維建模2．風(fēng)力發(fā)電機(jī)為一種新能源產(chǎn)品，功率為200W到15kW，廣泛應(yīng)用于分散住戶。若風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈通過中性面時(shí)，下列說法正確的是

(

)A．穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B．穿過線圈的磁通量等于0，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大C．穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0D．穿過線圈的磁通量等于0，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0解析：當(dāng)線圈通過中性面時(shí)，線圈與磁場(chǎng)垂直，穿過線圈的磁通量最大，但線圈的磁通量變化率為0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0，選項(xiàng)C正確。答案：C

3．大型發(fā)電機(jī)幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，如圖所示為其原理簡(jiǎn)圖。豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動(dòng)，磁