5.1 交变电流的产生和变化规律
交流电的产生
交流电的产生一、交变电流的产生和变化规律1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。
2、正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。
4、正弦式交流电的产生和变化规律（1）产生过程（2）规律函数形式：N匝面积为S的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt，用Em表示峰值NBSω，则，电流。
二、描述交变电流的物理量1、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。
（1）周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交变电流变化越快。
（3）关系：2、瞬时值、最大值、有效值和平均值（1）感应电动势瞬时值表达式：(在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。
)若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）。
感应电流瞬时值表达式：（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：（伏）。
感应电流瞬时值表达式：（安）（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。
——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。
应强调指出的是，与线形状无关，与转轴位置无关，其表达式为。
在考虑交流电路中电容器耐压值时，应采用最大值。
（3）交变电流的有效值①有效值是根据电流的热效应来规定的，在周期的整数倍时间内（一般交变电流周期较短，如市电周期仅为0，02s，因而对于我们所考察的较长时间来说，基本上均可视为周期的整数倍），如果交变电流与某恒定电流流过相同电阻时其热效应相同，则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值。
交变电流的产生及描述
交变电流的产生与描述一、交变电流的产生和变化规律1、 交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。
2、 正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。
4、正弦式交流电的产生和变化规律 （1）产生过程 （2）规律函数形式：N 匝面积为S 的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt ，用Em 表示峰值NBSω，则t E e m ωsin =，电流t i R E R em ωsin ==。
二、 描述交变电流的物理量1、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。
（1）周期T ：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S ），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:交变电流在1s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz ，频率越大，交变电流变化越快。
（3）关系：πω21==T f 2、瞬时值、最大值、有效值和平均值（1）感应电动势瞬时值表达式：(在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。
) 若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：t e e m ωsin =（伏）。
感应电流瞬时值表达式：t I i m ωsin ·=（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：t e m ωεcos ·=（伏）。
感应电流瞬时值表达式：t I i m ωcos ·=（安）（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。
m ε——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。
应强调指出的是，m ε与线形状无关，与转轴位置无关，其表达式为ωεNBS m =。
交变电流的产生和变化规律
交变电流的产生和变化规律考点扫描一、正弦交流电的产生1．交流电的定义：大小和方向都随时间做 变化的电流叫交变电流。
按 规律变化的电流叫正弦交流电。
交变电流的典型特征是 变化，其 可能不变。
实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间变化的规律是各种各样的。
如图所示2．交变电流的产生：线圈在 磁场中绕 的轴，以某一角速度 转动，线圈中将产生正弦式交流电。
3．中性面：在线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有感应电流，这样的位置叫 。
在此位置时，磁通量 ，磁通量的变化率 ，线圈中感应电动电动势 ，线圈每次经过此位置时，电流方向就改变一次，一周内电流方向改变 次，50HZ 的交流电，在1秒内电流改变 次方向。
二、正弦交流电的变化规律 1．交流电流的数学表达式若从中性面开始计时，e= ， 感应电动势的最大值E m = N BL 1L 2ω。
i = ，u = 。
若从垂直中性面位置开始计时，e= ， 感应电动势的最大值E m = N BL 1L 2ω。
i = ，u = 。
试推理线圈转至右图中位置时的电动势瞬时值2．交流电流的图象当线圈从中性面开始转动，在一个周期中：三、交流发电机（了解）1．构成：交流发电机的基本组成部分是产生感应电动势的线圈（通常叫电枢）和产生磁场的磁极． 2．分类：按转动部分不同，交流发电机分为旋转磁极式发电机和旋转电枢式发电机．旋转磁极式发电机能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦，大多数发电机都是该类型．旋转电枢式发电机产生的电压一般不超过500 V ．3．能量转化：发电机的转子由动力机（如水轮机、蒸汽轮机等）带动，把机械能传递给发电机，发电机将得到的机械能转化为电能输送给外电路． 例1．如图所示，表示交变电流的图象是例2．如图所示，有一矩形线圈abcd 在匀强磁场中分别绕轴O 1O 1′和中轴O 2O 2′以同样的角速度匀速转动，那么此线圈在以O 1O 1′和O 2O 2′分别为轴旋转到线圈平面与磁感线平行时，可产生的感应电流之比为 A ．1∶2 B ．2∶1 C ．1∶4 D ．1∶1例3．一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为e =102sin4πt V ，则（ ）A ．在1s 时间内，线圈中电流方向改变100次B ．零时刻线圈平面与磁场垂直C ．t =0.25s 时，e 达到最大值D ． 该交变电动势的频率为2Hz例4.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示.如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为( )例6．一个面积为S 的矩形线圈在匀强磁场中以某一条边为轴做匀速转动，磁场方向与转轴垂直．线圈中感应电动势e 与时间t 的关系如图所示,则磁感应强度B ＝________,在t ＝T /12时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于________．例5．有一个氖气灯泡，当电压高于50 V 时就会发光，给这个氖气灯泡加上e ＝100 sin314t V的交流电，求它连续发光的时间．甲：家庭电路中的正弦交变电流 乙：示波器中的锯齿波扫描电压 丙：电子计算机中的矩形脉冲 丁：激光通信中的尖脉冲课后练习1．交流发电机在工作时的电动势为e=Emsin ωt 。
5.1 交变电流
5.1 交变电流
一、交变电流的概念
1、直流电流(DC) 方向不随时间变化的电流 2、交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流
二、交变电流的产生
交 流 发 电 机 模 型
过程分析
B⊥S V // B
Φ最大 E=0 I=0
中性面
B∥S V⊥B Φ=0 E、I最大
感应电流方向b到a
三、交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，切割边L1 ，另一边L2, 推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示 ）
e 2 NBL1v sin t
∴
e NBL1L2 sin t
令 Em 则有
L2 又v 2
NBL1L2=NBSω
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）NBSω
B c
b
c d
c
b K L B A
c
b a
b
b
a
d
d
L
k
L
A
k
a
c K L B A d L
a
d
A
k B
A
B
a
e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π
t
ωt
o
π/2
π
五、交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩讨论
线圈转动一周， 多少次经过中性面? 电流方向改变多少次?
c(d)
O a(b)
1.中性面：垂直磁场方向的平面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大 φ=BS，但△φ/△t =0最小，（ ab和cd边都不切割 磁感线），线圈中的感应电动势为零．
高二物理交变电流的产生和变化规律表征交变电流的物理量
嗦夺市安培阳光实验学校高二物理交变电流的产生和变化规律、表征交变电流的物理量【本讲主要内容】交变电流的产生和变化规律、表征交变电流的物理量【知识掌握】【知识点精析】本讲的重点、难点是交流电的概念和变化规律，交变电流的有效值和交流电的优越性，有效值的物理意义。
高考主要考察交流电的产生和有效值、瞬时值的计算，题型都为选择题，尤其是有效值的计算，主要考察物理中的等效思想。
1. 交变电流的产生及其变化规律（1）交变电流：强度和方向都随时间周期性变化的电流。
（2）正弦交变电流的产生：一个矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴匀速转动便可产生。
（3）正弦交变电流的变化规律中性面：与磁场方向垂直的平面。
线圈转到中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零，线圈每经过一次中性面，电流的方向改变一次。
变化规律：正弦交变电流图象（如下图）：2. 表征交变电流的物理量（1）周期和频率交变电流的周期和频率是表征交变电流变化快慢的物理量。
周期T：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间。
从交变电流产生的角度来看，它就等于旋转电枢式发电机中线圈转动的周期。
频率f ：交变电流在1s内完成周期性变化的次数。
显然，f =T1。
（1）有效值和最大值有效值：在热效应上和直流电等效的物理量。
譬如，上面的交流电流的有效值就是I 。
如果我们不要每次都用实验去测量，那么，物理学家已经用高等数学工具计算出来：对于正弦交流电而言，其有效值和最大值之间具有以下关系I =21Im U = 21Um我们已经介绍有效值在意义和对于正弦交流电的计算方法。
那么，在实际应用中，它还有什么价值呢？原来，交流电表中的实数全部都是有效值（交流电表的工作原理、为什么指示有效值，目前不便介绍，有兴趣的同学可以参看相关的课外资料）。
此外，人们通常口头上所说的多少伏、多少安的交流电也是指的交流电的有效值。
与之相对应的，最大值也有它的意义：譬如，当一个电容器接在交流电源上，它是否安全（不被击穿）取决于其间的场强情况，如果超过了额定场强，绝缘介质的击穿是一瞬间的事，而不需要多长时间的热效应累计。
选修3-2 5.1交变电流
平均 =
S ω/π 2NB
练习
一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为 Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动 势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总 电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表 达式。
解： 电动势瞬时值的表达式为： e=EmsinWt=400sin314t 电流峰值为： Im=Em/R=400÷2000=0.2A 电流瞬时值的表达式为： i=ImsinWt=0.2sin314t
答案： D
1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab 边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势 的最大值及对应的线圈位置。
0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。
2. 如图所示：匝数为N、面积 为S的矩形线圈在匀强磁场B中 匀速转动，角速度为ω，求线 ω 圈从图示位置转过180度时间 内的平均感应电动势。
三、课堂练习
1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交 变电流的是 A B D ，属于正弦交变电流的是 A 。
i
t
A
B
C
D
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，线圈中的感应电动势随时 间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是 ( )： A. T1时刻通过线圈的磁通量为零； B. T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大； C. T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值 最大； D. 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝 对值都为最大。
L2 又v 2
∴
e NBL1L2 sin t
令Em NBL1 L2 =NBSω 则有
5.1交变电流
如图所示，一匝数10的矩形闭合线圈放置在匀强磁场中，绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度 匀速转动，线圈面积为50cm2，线圈电阻为5Ω，线圈中的感应电动势如图所示。则下列说法正确的是（）
A．电动势随时间变化的规律为 ，是正弦式交变电流
B．线圈旋转的角速度为5rad/s
C．线圈在1min内产生的电热为300J
D.t=0.02s时，穿过线圈的磁通量的变化率最大
3
在匀强磁场中的矩形线圈从性面开始匀速转动，穿过线圈平面的磁通量 与时间t的图像可能是( )
4
某交变电流发电机正常工作时产生的电动势e=Emsin t.若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为( )
A.e=Emsin tB.e=2Emsin t
2.培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。
3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。
预习评价
1
交变电流
(1)定义：和随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流，用符号表示；的电流，叫做直流，用符号表示。
(2)特点：随时间周期性变化是交变电流的最重要的特征．
2
中性面
(1)定义：与磁感线的平面叫做中性面．
2
如下图所示，能够产生交变电流的情况是()
3
如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～π2ω这段时间内()
A．线圈中的感应电流一直在减小
B．线圈中的感应电流先增大后减小
C．穿过线圈的磁通量一直在减小
D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
(2)中性面特点：
高中物理【交变电流的产生和描述】知识点、规律总结
3112
解析：由有效值的定义式得：
2 R
×T2×2＝ER2T，解得：E＝220
V.
答案：220
变式 2：仅余12周期的波形 家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部 分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调 压方便且体积小．某电子调光灯经调整后电压波形如图所示，求灯泡两端电压的有效值．
1．只有转轴和磁场垂直时，才产生正弦式交变电流． 2．只有正(余)弦式交变电流的有效值和峰值之间是 E＝Em2的关系，其他交流电不是． 3．正弦式交变电流的产生：中性面垂直于磁场方向，线圈平面平行于磁场方向时 电动势最大：Em＝nBSω. (1)线圈从中性面开始转动：e＝Emsin ωt. (2)线圈从平行于磁场方向开始转动：e＝Emcos ωt.
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时) ①电动势(e)：e＝Emsin ωt. ②电压(u)：u＝____U_m__si_n_ω_t_________． ③电流(i)：i＝____Im__si_n_ω_t__________． (4)图象(如图所示)
二、描述交变电流的物理量
1．交变电流的周期和频率的关系：T＝1f . 2．峰值和有效值 (1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的__最__大__值__． (2)有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小_相__同___的电阻，如果在交变电流的 一个周期内它们产生的__热__量__相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流 的电流的有效值和电压的有效值． (3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝ Im2，U＝Um2，E＝Em2. 3．平均值：－E ＝nΔΔΦt .
2．正弦式交变电流的图象(线圈在中性面位置开始计时) 函数表达式
交变电流的产生和变化规律
交变电流的产生和变化规律引言交变电流是一种在电路中周期性地正负变化的电流。
交变电流的产生和变化规律是电力系统中重要的基础知识，并且对于我们理解电能输送、电动机运行以及电路分析等方面都具有重要意义。
本文将介绍交变电流的产生机制和变化规律，以帮助读者更好地理解和运用该知识。
交变电流的产生交变电流的产生源于交流电压。
在电力系统中，交流电源是通过发电机产生的，这些发电机通过转动磁场与线圈之间的相互作用来产生电压。
当转子在磁场中旋转时，磁通量也随之变化，从而导致线圈中感应出交变电动势。
根据法拉第电磁感应定律，线圈中感应出的电动势大小与变化的磁通量成正比。
交变电流的频率通常用赫兹（Hz）来表示，即每秒变化的周期数。
在电力系统中，标准的电网频率通常为50赫兹或60赫兹。
交变电流的变化规律交变电流的变化规律可以通过正弦曲线来描述。
在纯正弦交流电路中，电流随着时间的变化呈现周期性的正弦波形。
正弦波形可用如下公式表示：I = I_m * sin(ωt + φ)其中，I表示电流的大小，I_m表示最大电流值，ω表示角频率（2πf，f为频率），t表示时间，φ表示相位差。
根据该公式可知，交变电流的大小和方向在正半个周期内逐渐增大至最大值，然后在负半个周期内逐渐减小至负最大值，再在下一个正半个周期内重新增大至最大值。
这种周期性的变化使得电流依次经历正半周期、负半周期和零点，如图所示：/\\/ \\/ \\______/ \\_______在实际电路中，电流的大小和相位差可能会发生改变，原因是电阻、电感和电容的存在。
电阻对电流大小没有影响，但会导致电流相位滞后。
而电感和电容则会影响电流的大小和相位。
交变电流的应用交变电流在电力系统中有着广泛的应用。
一方面，可以通过变压器将电压升高或降低，从而实现电能的长距离传输。
另一方面，交变电流还可以驱动各种电动设备，如电动机、磁悬浮列车等。
此外，在电路分析领域，交变电流也是重要的研究对象。
交变电流的产生和变化规律
交变电流的产生和变化规律穿过闭合电路的磁通量发生变化时，产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流——正弦交变电流．一、交变电流的产生1、交变电流：大小和方向都随时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称交流．2、闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生交流电，但这不是产生交流电的惟一方式．二、交变电流的变化规律设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程如图所示：（一）分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．1、线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．这时线圈平面所处的位置叫中性面．中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．2、当线圈平面逆时针转过时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．3、再转过时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．4、当线圈再转过时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反．5、再转过线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势．（二）在场强为的匀强磁场中，矩形线圈边长为，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为，从中性面开始计时，经过时间．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？线圈转动的线速度为，转过的角度为，此时ab边线速度以磁感线的夹角也等于，这时ab边中的感应电动势为：同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值；．感应电动势的瞬时表达式为：可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为，则电路的感应电流的瞬时值为表达式．感应电流瞬时值表达式为，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．（三）交流电的图像交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间），纵坐标表示感应电动势（感应电流）．三、应用交流发电机1、发电机的基本组成①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）．②用来产生磁场的磁极．2、发电机的基本种类①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）．②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）．无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子．。
交变电流的产生和变化规律
S
R=R外+r
u i R外 I m R外 sin t
即u=Umsinωt
其中为 I m R外 电流的最大值，用Im表示
图像
Im
i
i
u
Um
正弦交变电流的图象
几种交变电流的波形
甲：家庭电路中 的正弦交变电流
乙：示波器中的 锯齿波扫描电压
丙：电子计算机 中的矩形脉冲
丁：激光通信 中的尖脉冲
2、交变电流的变化规律 问题：线圈经过什么位置时，电流的方向发生变化？
a.方向变化规律：线圈平面每经过中性面一次，感 应电流的方向就改变一次，线圈转动一周，感应 电流的方向改变两 次。
问题：交流电的大小变化规律是怎样的？
b.大小变化规律--------电动势的瞬时值
电动势的瞬时值：
e BS sin t
e=Emsinωt
令 Em=BSω 叫电动势的最大值 则线圈中产生的电动势的瞬时值：
3、如果把线圈和电阻组成闭合电路，设整个电路的电阻 为R，则电路的感应电流的瞬时值为
e Em sin t i R R
Er
~
即i=Imsinωt
E 其中为 m 电流的最大值，用Im表示 R 感应电流按正弦规律变化的
四.交流发电机 ------将机械能转化为电能
1.基本组成： 电枢------产生感应电动势的线圈
磁极------产生磁场 2.旋转电枢式发电机： 定子------磁极 3.旋转磁极式发电机： 定子------电枢 转子------磁极 转子------电枢
我们已经学过了恒定电流．除了恒定电流，还有大小 和方向都随时间变化的电流，叫做交变电流，简称交流 这一章我们将学习交变电流
高中物理 5.1交变电流详解
高中物理| 5.1交变电流详解交变电流发电机产生的电动势是随时间做周期性变化的，因而用电器中的电流，电压也做周期性变化，这样的电流就做交流电流，简称交流（AC）。
方向不随时间变化的电流称为直流。
（DC）1交变电流的产生1、实验装置：如图所示，当磁场中的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生改变，产生交变电流。
定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流。
过程分析如图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO＇转动时的截面图，ab和cd两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流（或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流）。
具体分析可从下图中看出，图①时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；图②时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；图③同图①；图④中电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变。
线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻（或者说磁通量最大的时刻）。
由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面。
线圈转至中性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率却最小等于零（导体不切割磁感线）。
线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率却最大。
中性面（1）中性面：指与磁感线垂直的平面。
（2）特点①当线圈处于中性面时，磁通量最大，磁通量变化率为零，ε=0，各边均不切割磁感线。
②当线圈转至中性面时，电流方向发生改变。
③线圈转动一周，电流方向改变两次。
（3）当线圈垂直中性面时，=0，但磁通量变化最快，v⊥B，感应电动势最大.2交变电流的变化规律交变电流的数学表示式如图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和cd边产生的电动势均为BLvsinωt，则此时整个线圈中的电动势为或写为小结：由知，线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫正弦交流电.注意①上式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情况；②交变电流的表达式与轴的位置无关。
5.1交变电流
2
em NBL NBSห้องสมุดไป่ตู้
e Em sin t e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）
（1）电动势按正弦规律变化
e Em sin t
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面 时开始计时．
（2）电流按正弦规律变化
i I m sin t
（3）电路上的电压按正弦规 律变化
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向， 线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向 改变两次．
（1）线圈与磁感线平行时，穿过线圈的磁通 量最小，但磁通量的变化率最大，线圈中的 电动势最大．
三．交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时 L e 2NBLv sin t v 2
所以 e
NBL sin t
u U m sin t
电流 i I m sin t 通过R时：
u iR，U m I m R.
四、交流电的图像
e Em sin t
i I m sin t
五、交变电流的种类
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
第五章 交变电流
5.1 交变电流
直流电(DC) 电流方向不随时间而改变
交变电流(交流电) 方向随时间做周期性变化的电流.
二、交变电流的产生
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场
的轴匀速转动
1．中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫 做中性面．
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量 最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电 动势为零．
交流发电机的种类
旋转磁极式 旋转电枢式 其中转动的部分叫转子，不动的部分 叫定子．发电机转子是由水轮机，蒸汽 轮机或其它动力机带动．
交变电流的产生和变化规律
交变电流的产生和变化规律交变电流的产生和变化规律教学目标知识目标1、知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的．知道中性面的概念．2、掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义．3、理解正弦交流电的图像，能从图像中读出所需要的物理量．4、理解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表达出正弦交流电的最大值、有效值、瞬时值．5、理解交流电的有效值的概念，能用有效值做有关交流电功率的计算．能力目标1、掌握描述物理规律的基本方法——文字法、公式法、图像法．2、培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力．3、培养学生运用数学知识解决处理物理问题的能力．情感目标培养学生爱国主义精神及为富民强国认真学习的精神．教学建议教材分析以及相应的教法建议1、交流与直流有许多相似之处，也有许多不同之处．学习中我们特别要注意的是交流与直流的不同之处，即交流电的特殊之处．这既是学习、了解交流电的关键，也是学习、研究新知识的重要方法．在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法，是物理课学习中很有效和很常用的方法．在学习交变电流之前，应帮助学生理解直流电和交流电的区别．其区别的关键是电流方向是否随时间变化．同时给出了恒定电流的定义——大小和方向均不随时间变化．2、对于交变电流的产生，课本采取由感性到理性，由定性到定量，逐步深入的讲述方法．为了有利于学生理解和掌握，教学中要尽可能用示波器或模型配合讲解．教学中应注意让学生观察教材中的线圈通过4个特殊位置时电表指针的变化情况，分析电动势和电流方向的变化，使学生对线圈转动一周中电动势和电流的变化有比较清楚的了解．有条件的，还可以要求学生运用已学过的知识，自己进行分析和判断．3、用图像表示交变电流的变化规律，是一种重要方法，它形象、直观、学生易于接受．要注意在学生已有的图像知识的基础上，较好地掌握这种表述方法．更要让学生知道，交变电流有许多种，正弦电流只是其中简单的一种．课本中用图示的方法介绍了常见的几种，以开阔学生思路，但不要求引伸．4、在这一节中学生要第一次接受许多新名词，如交变电流、正弦电流、中性面、瞬时回值、最大值（以及下一节的有效值）等等．要让学生明白这些名词的准确含义．特别是对中性面的理解，要让学生明确，中性面是指与磁场方向垂直的平面．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零，线圈转动过程中通过中性面时，其中感应电动势方向要改变．5、课本上介绍的交变电流的产生，实际上是正弦交流电的产生．以矩形线框在匀强磁场中匀速转动为模型，以线框通过中性面为计时起点，得到电动势随时间满足正弦变化的交变电流．这里可以明确指出，电动势的最大值由线框的匝数、线框面积、转动角速度和磁感应强度共同决定．6、课本将线框的位置与产生的电动势的对应起来，意图是帮助学生建立起鲜明的形象，把物理过程和描述它的物理规律对应起来．教师可以通过一些问题的提问，帮助学生理解有关内容，例如，如果在线框转到线框平面与磁感线平行时开始计时，它产生的电动势随时间变化的图像应是什么样的？7、交流电的有效值、周期等概念的学习重在理解．交流电的有效值概念是本章的重点，也是难点．课本中的交流电有效值定义特别强调是从使电阻产生热量等效这一方面来定义交流电的有效值的．教材中直接给出了正弦交流电流的有效值与最大值的`关系式，但不要求证明，为了让学生更好地理解和熟悉有效值，课本上已经指出，交流电压表和电流表的示数都是有效值，家用电器上的标称也是有效值．交流电的周期描述交流电的变化快慢．在一个周期时间内，交流电完成一次完全变化．在实际生活中，经常能见到的是交流电的频率．我国民用交流电的频率是50HZ．在一些欧美国家，交流电的频率是60HZ．8、交流电的最大值、有效值、周期和频率都是描述交流电某一方面的特性，而交流电的图像却可以全面反映某一交流电的情况．所以，要求学生能够从交流电的图像中得到描述交流电的各个物理量．教学重点、难点分析以及解决办法1、重点：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点．2、难点：交变电流产生的物理过程的分析．3、疑点：当线圈处于中性面时磁通量最大，而感应电动势为零．当线圈处于平行磁感线时，通过线圈的磁通量为零，而感应电动势最大．即，有最大值；，的理解．4、解决办法：通过对矩形线圈在匀强磁场中匀速转动一周的实物演示，立体图结合侧视图的分析、特殊位置结合任一位置分析使学生了解交变电流的大小和方向是如何变化的．通过侧视图分析线圈运动方向与磁场方向之间关系，利用导体切割磁场线方法来处理，使问题容易理解．教学设计方案交流电的产生和变化规律教学用具：交流发电机模型、演示电流表教学过程：一、知识回顾教师：如何产生感应电流？请运用电磁感应的知识，设计一个发电机模型．学生设计：让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动．二、新课教学：1、交变电流的产生演示1：出示手摇发电机模型，并连接演示电流表．当线圈在磁场中转动时，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈每转动一周指针左右摆动一次．表明电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电．2、交变电流的变化规律投影显示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程．分析：线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用．（1）线圈平面垂直于磁感线（甲图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流．教师强调指出：这时线圈平面所处的位置叫中性面．中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零．（2）当线圈平面逆时针转过时（乙图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大．（3）再转过时（丙图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势．（4）当线圈再转过时，处于图（丁）位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（乙）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图乙）位置相反．（5）再转过线圈处于起始位置（戊图），与（甲）图位置相同，线圈中没有感应电动势．在场强为的匀强磁场中，矩形线圈边长为，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为，从中性面开始计时，经过时间．线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？线圈转动的线速度为，转过的角度为，此时ab边线速度以磁感线的夹角也等于，这时ab边中的感应电动势为：同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值；．感应电动势的瞬时表达式为：可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的．即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化．当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为，则电路的感应电流的瞬时值为表达式．感应电流瞬时值表达式为，这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．3、交流电的图像交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间），纵坐标表示感应电动势（感应电流）．4、交流发电机（1）发电机的基本组成①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）．②用来产生磁场的磁极．（2）发电机的基本种类①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）．②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）．无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子．三、小结：1、交流电的产生强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流．2、交流电的变化规律感应电动势的瞬时表达式为：．感应电流瞬时值表达式：．3、交流电的图像4、交流发电机（1）发电机的基本组成：①电枢．②磁极．（2）发电机的基本种类:①旋转电枢式发电机．②旋转磁极式发电机．。
交变电流的产生和变化规律
交变电流的产生和变化规律引言交变电流是指在电路中，电流的方向、大小和频率都随着时间而不断变化的一种电流。
交变电流在电力系统、通信系统、电子设备等各个领域中都有广泛的应用。
本文将详细介绍交变电流的产生和变化规律。
交变电流的产生交变电流的产生是基于电磁感应原理的。
当磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势，从而引起电流的流动。
具体来说，如果把导体环绕在一个磁场中，当磁场的磁极朝向导体的一面移动时，磁通量就会发生变化，从而在导体中产生感应电动势。
如果在导体两端接上电路，就会产生交变电流。
交变电流的大小和方向取决于磁场的变化情况和导体的位置和形状。
交变电流的变化规律交变电流的周期交变电流的周期是指电流方向和大小所经历的完整循环的时间。
交变电流的周期取决于电源的频率和电路的构造。
在电力系统中，交流电源的频率通常为50Hz或60Hz。
因此，交变电流的周期为20ms或16.67ms。
交变电流的幅值交变电流的幅值指交变电流在一个周期内通过任意一点时的最大值。
由于交变电流的大小在周期内不断变化，因此常常用有效值表示交变电流的大小。
在电力系统中，交流电源的电压为220V或110V。
因此，交变电流的有效值为220V/根号2或110V/根号2，约为156V或78V。
交变电流的频率交变电流的频率指单位时间内交变电流的周期数，通常用赫兹（Hz）表示。
在电力系统中，交流电源的频率通常为50Hz或60Hz。
交变电流的相位交变电流的相位是指交变电流相对于某一参考点的相位差。
在电路中，电流和电压之间的相位差决定了电路中能量的传输方式。
在交流电路中，电流和电压的相位关系取决于电路元件的阻抗和电路中电流和电压的相对位置。
总结本文详细介绍了交变电流的产生和变化规律。
交变电流在电力系统、通信系统和电子设备中都有广泛的应用。
在实际应用中，理解交变电流的产生和变化规律对于正确设计和使用电路至关重要。
交变电流的产生和变化规律1
3. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B 中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时 间内的平均感应电动势。
E 平均= N 解：
. .E
.
BS-(-BS) Δφ =N 1 Δt 2T NB S ω/π
ω
其中T=2π/ω
平均 =
；
https:///u/5048582774
Er S
R
~
3. 在只含有电阻的电路中，适用于直流电路 的欧姆定 律也适用于交变电流电路。 其等效电路图如右：
4.交流发电机
随堂练习： 1. 电流是电荷的定向移动而形成的。在金属导体中，自由电子的无规则热运动对于 电流的形成不起作用，可以不加考虑，而 认为稳恒电流是自由电子沿一方向做匀速 直线运动形成的。那么自由电子做什么样的运动才会形成按正弦规律变化的 交变电 流呢？
i=Imsinωt
ω=2πf=2π/ T
叫角频率
u=Umsinωt
Um叫电压的最大值
三、正弦交变电流的图象------用图象表达交变电流的变化规律
b
c d
c
b K L B A
c
b a
b
b
c
a
d
d
L
k
L
k
a
c K L B A d L
a
d
A
A
B
k B
A
B
a
Em
正弦交变电流的图象
i
Im
正弦交变电流的图象
d ωt
1.方向变化规律： 中性面--------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，这样的位置叫中性面。
线圈平面每经过中性面一次，感应电流的 方向就改变一次，线圈转动一周，感应电 流的方向改变两 次。
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思考：如图所示，在场强为B的匀强磁场中，矩 形线圈ab边长为L1，bc边长为L2，逆时针绕中轴 匀速转动，角速度为ω，从垂直磁感线开始计时， 经过时间是t，线圈中的感应电动势是多少？
V
三．交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，在时刻 t线圈 中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线 ）
e 2NBLv sin t L 所以 e NBL2 sin t v 2
e=Emsinωt
i=Imsinωt
Em=NBSω叫电动势的最大值（峰值）
Im=Em/R+r 叫电流的最大值（峰值）
电流通过R时：
u iR,U m I m R
叫电压的最大值（峰值）
u=Umsinωt
Um=ImR
1、下列表示交变电流的有（
CE
i
0
u
）
i t (B)
e
t
t (A)
0
0
t (C)
π/2
π
小结
1、交变电流定义（AC）：方向随时间作周期性变化的电流。方向 不随时间变化的电流为直流电（DC）。 2、垂直磁场方向的平面叫做中性面。 3、交变电流的变化规律： （1）方向变化规律----线圈平面每经过中性面一次，感应电流的 方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 （2）大小变化规律
为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为 A 平面图来分析
B A C
D
B
D
中性面:线圈平面与磁感线垂直的位置.此 位置各边不切割故呈电中性所以叫中性面
b
c d
c
a
d
b K L B A
k
L
A
a
B
无电流
电流最大、方向：d-a-b-c-d
c
b a
b
b
c
d L
k A B
a K L B A d
c L
a
d
令
Em NBL
2 =NB ωS
则有
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）．
（1）电动势按正弦规律变化
e Em sin t
• 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性 面时开始计时．
（2）电流按正弦规律变化
i I m sin t
（3）电路上的电压按正弦规 律变化
1 ．中性面：线圈平面与磁感线垂直 的位置叫做中性面． （1）线圈经过中性面时，穿过线 圈的磁通量最大，但磁通量的变化 率 为 零 （ ab 和 cd 边 都 不 切 割 磁 感 线），线圈中的电动势为零． （2）线圈经过中性面时，电流将 改变方向，线圈转动一周，两次经 过中性面，电流方向改变两次．
电流峰值为： I m Em 0.2 A
电流瞬时值的表达式为：
R
i I m sin t 0.2sin100 t
Em
0
-Em
t
t1 t2
t3 t4
4、一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的 峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为 ω =100π rad/s ，试写出电动势瞬时值的表达式。如果这 个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2000Ω ，电路 中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。 解：电动势瞬时值的表达式为： e E sin t 400sin100 t m
u U m sin t
电流 i I m sin t 通过R时：
u iR，U m I m R.
四、正弦交变电流的图象
b
a L
c
d
d
K A
c
b d L
c
a
b
b
b
c
d
a
k
A
k
c K L B A d L
a
LHale Waihona Puke BBaA
k B
A
B
e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π
t
ωt
o
k B
A
无电流
电流最大、方向: a-d-c-b-a
无电流
• 设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂 直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所 示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O． 回答问题： 回答问题：
1、线圈转动一周，电流方向改 变多少次？ 2、线圈转到什么位置时磁通量 最大？这时感应电动势是最大 还是最小？ 3、线圈转到什么位置时磁通量 最小？这时感应电动势是最大 还是最小？ 4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。
改变一次
3、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平 面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化 如图所示,下面说法中正确的是 C A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最 e 小
5.1 交变电流
直流：大小和方向不随时间改变的 电流。如干电池提供的电流。 交变电流：方向随时间作周期变化 的电流，叫做交变电流，简称交 流 ．如家庭电路中的电流。
一、交流发电机的基本结构
交流发电机模型的原理简图
二、交流电流的产生过程
闭合的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀 速转动时，产生交流电。但这不是产生交流的惟一方 式。 O1 ω O2 B
i
0
0
t (E)
(D)
2、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以
下说法中正确的是 （ C） A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改 变一次，感应电动势方向不变
B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次
C．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电
流的方向都要改变一次
D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要