高中物理 第二章 交变电流 第1节 交变电流课件 教科版选修3-2

弦交流电。
答案：BD
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3．(多选)下列属于交变电流的是
()
解析：由交变电流的定义知只有方向发生周期性变化的电流 才是交变电流，选项 A、D 中的电流方向始终没有改变，所 以不是交变电流。 答案：BC
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正弦交变电流的瞬时值和最大值
1．瞬时值表达式推导
若线圈平面从中性面开始转动，如图 2-1-3
(2)只要电流的方向周期性变化，即为交变电流，与电流 的大小是否变化无关。
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1．交变电流是
()
A．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时
产生的电流
B．按正弦规律变化的电流
C．大小随时间做周期性变化的电流
D．方向随时间做周期性变化的电流
解析：只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流。
答案：D
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2．(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是
()
A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电的大小可以变化，但方律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
解析：直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流
方向周期性改变。另外交变电流不一定都是正弦交流电或余
图 2-1-4
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3．电流、电压的瞬时值 若线圈给外电阻 R 供电，线圈相当于电源，设线圈本身电阻 为 r，由闭合电路欧姆定律得： (1)线圈中的电流 i＝R＋e r＝RE＋mrsin ωt，可写为 i＝Imsin ωt。 (2)R 两端电压可记为 u＝iR＝RImsin ωt＝Umsin ωt。 [特别提醒] 若从垂直中性面开始转动则“正弦”变“余弦”，即 e＝Emcos ωt，对应的 i＝Imcos ωt、u＝Umcos ωt，一般也称为正弦 交变电流。
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一、交变电流 1．恒定电流和交变电流 (1)恒定电流： 大小 和 方向 都不随时间变化的电流。 (2)交变电流： 大小 和 方向 随时间作周期性变化的电流，简 称交流。 (3)正弦交变电流：电流随时间按正弦 函数规律变化的交变电 流，简称正弦交流电。
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2．交变电流的图像 (1)波形图：电流或电压随时间变化的图像。 (2)观察方法：用 示波器 观察。 (3)常见的交变电流的波形图：
第1节
交变电流
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1．交变电流是指大小和方向随时间作周期 性变化的电流。
2．随时间按正弦函数规律变化的交变电流 称为正弦交变电流。
3．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转 动时可产生正弦交变电流。
4．正弦交变电流的瞬时值表达式为 e＝Emsin ωt，u＝Umsin ωt，i＝Imsin ωt， 式中的 Em、Um、Im 是指交变电流的最 大值。
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4．两个特殊位置物理量的比较
中性面
中性面的垂面
位置
线圈平面与磁场垂直 线圈平面与磁场平行
磁通量
最大
零
磁通量变化率
零
最大
感应电动势
零
最大
感应电流
零
最大
电流方向
改变
不变
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[典例] 有一个正方形线圈的匝数为 10 匝，
边长为 20 cm，线圈总电阻为 1 Ω，线圈绕 OO′
(×)
(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。
(×)
(3)当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。
(√)
(4)正弦式交变电流的瞬时值是时刻变化的。
(√)
(5)闭合线圈在匀强磁场中绕平行于磁场方向的轴匀速转动时产
生正弦交流电。
(×)
(6)教室的照明电路中所用的是正弦式电流。
(√)
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2．合作探究——议一议 (1)如何区分直流电和交变电流？
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2．最大值 (1)由 e＝NBSωsin ωt 可知，电动势的最大值 Em＝NBSω。 (2)交变电动势的最大值由线圈匝数 N、磁感应强度 B、线圈 面积 S 及转动角速度 ω 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置 无关，因此图 2-1-4 所示的几种情况，若 N、B、S、ω 相同，则 电动势的最大值相同。
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交变电流的概念 [典例] (多选)下列图像中属于交流电的有
()
[解析] 判断电流是交流还是直流，就看方向是否变化。选 项 D 中，尽管大小随时间变化，但因其方向不变，所以是直流。 选项 A、B、C 中 e 的方向均发生了变化，故它们属于交流电。
[答案] ABC
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(1)方向不变的电流即为直流电，恒定电流是直流电中的 一种。
图 2-1-1
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二、正弦交变电流的产生和表述 1．正弦交变电流的产生 (1)产生方法：闭合线圈在匀强磁场 中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)产生过程分析： 用楞次定律分析线圈转动一周 的情况如图 2-1-2 所示。
图 2-1-2
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2．正弦交变电流的函数表达式及图像
函数
电动势 e＝Emsin ωt
电压 u＝_U_m_s_i_n_ω__t _
电流 i＝_Im_s_i_n_ω__t _
图像
表达式中 Em、Um、Im 分别是电动势、电压和电流的最大值， 而 e、u、i 则是瞬时值。
3．中性面 t＝0 时感应电动势 e＝0，此时线框所在的平面称为中性面。
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1．自主思考——判一判
(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。
提示：区分直流电和交变电流的依据是看电流的方向是否随时 间变化。 (2)只有矩形线圈在匀强磁场中匀速转动才能产生交变电流吗？ 提示：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的 一种方式，不是唯一方式。任意形状的平面线圈在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴匀速转动均可产生交变电流。
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(3)正弦式交变电流的最大值与线圈的形状、转轴的位置有关吗？ 提示：交变电动势最大值由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动 角速度 ω 及线圈面积 S 共同决定，与线圈的形状无关，与转轴 的位置无关。如图(a)、(b)、(c)所示的几种情况，若 N、B、S、 ω 相同，则电动势的最大值相同。
所示，则经过时间 t 后：
(1)线圈转过的角度为 ωt。
(2)ab 边的线速度跟磁感线方向的夹角 θ＝ωt。
(3)ab 边转动的线速度大小：v＝ωR＝L2adω。
图 2-1-3
(4)ab 边产生的感应电动势：eab＝BLabvsin θ＝BS2ωsin ωt。
(5)整个线圈产生的感应电动势：e＝eab＋ecd＝2eab＝BSωsin ωt， 若线圈为 N 匝，则 e＝NBSωsin ωt。