新粵教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊

第三章新課引入恒定電流：強弱和方向都不隨時間改變的電流叫恒定電流。在必修第三冊中，我們將方向不隨時間改變的電流稱為直流。

強弱和方向都隨時間周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流(AC)。交變電流在電力系統中，從發電到輸配電，用的都是交變電流。在無線電電子設備中的各種電信號，大多數也是交變電流信號。交變電流在許多電子測量儀器中，交變電流來自各種信號發生器。交變電流

如圖所示，用學生電源把照明電路中220V的交變電壓變成6V或3V的低壓交變電壓，給小燈泡供電。把小燈泡的兩端接入示波器的輸入端，觀察示波器顯示的波形圖。

示波器顯示出來的波形圖是什么形狀？需要引進哪些物理量進行描述？觀察交變電流的圖像如圖所示，示波器顯示的圖像是正弦(余弦)曲線。它反映了燈泡兩端的電壓（或通過燈泡的電流）隨時間的變化規律。我們日常生活和生產中所使用的交變電流就是按正弦規律變化的。觀察交變電流的圖像交變電流的產生

交變電流是由交流發電機產生的。如圖所示，交流發電機最基本的結構是線圈和磁極，線圈可繞中心軸轉動。線圈的ab邊連在金屬滑環L上，cd邊連在滑環K上，固定的電刷A、B壓在滑環K、L上，由電刷將電流引出。

如圖所示，把電流計接入發電機模型的輸出端，搖動發電機的手柄，使線圈在磁極之間轉動，觀察電流計指針的擺動情況。【問題1】觀察電流計的指針有何變化，說明了什么？你能想到什么？

實驗中電流計指針由中間向兩邊不斷擺動，這表明發電機產生的電流大小和方向在不斷變化，即產生了交變電流。【問題2】手柄搖得更快時，電流計的指針擺動的幅度有什么變化？說明了什么？

手柄搖得越快，指針擺動幅度越大，表面交流電越大，方向變化越快

如圖所示，把電流計接入發電機模型的輸出端，搖動發電機的手柄，使線圈在磁極之間轉動，觀察電流計指針的擺動情況。

設線圈沿逆時針方向轉動，OO'是轉動軸.當線圈轉到如圖所示的位置時，線圈平面與磁感線垂直中性面。

取線圈在勻強磁場里勻速轉動一周過程中幾個特殊的位置如圖所示，探究交變電流產生的原理。交變電流的產生交變電流的產生當線圈從中性面轉過90°，處于如圖b所示的位置時，ab邊和cd邊做垂直切割磁感線運動，根據右手定則，可知感應電流沿abcd方向流動。交變電流的產生

當線圈再轉過90°，處于如圖c所示的位置時，該位置也是中性面，線圈中沒有感應電流產生。交變電流的產生

當線圈再轉過90°，處于如圖d所示的位置時，ab邊和cd邊再次做垂直切割磁感線運動，產生感應電流。ab、cd兩邊的速度方向與左圖所示方向相反，線圈中感應電流方向也相反，沿dcba方向流動。交變電流的產生當線圈再轉過90°處于中性面時，同樣沒有感應電流，如圖e所示。在之后的轉動過程中，將重復上述過程。

轉到（a)、(c)中性面位置時線圈中沒有電流，感應電流的方向就改變一次，而線圈每轉動一周要經過兩次中性面，感應電流的方向改變兩次。轉到（b)、(d)位置時線圈中的電流最大.交變電流的產生(a)(b)(c)(d)(e)從能量的角度思考，交流發電機的工作過程是將機械能轉化為電能和回路中內能的過程，符合能量守恒定律。中性面：線圈垂直于磁感線時所處的位置稱為中性面。中性面的特點：①線圈處于中性面時磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應電動勢為零，感應電流為零；②線圈每經過中性面一次，感應電流的方向改變一次，線圈轉動一周，兩次經過中性面，電流方向改變兩次。（2）中性面的垂面的特點：線圈位于此位置時磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應電動勢最大，感應電流最大。交變電流的產生

如圖所示是交流發電機線圈截面示意圖。標有

的小圓圈表示線圈

邊的橫截面，標有

的小圓圈表示線圈

邊的橫截面。設

邊的長度為

，

邊的長度為

，勻強磁場的磁感應強度為

。線圈平面從中性面開始以角速度

轉動，經過時間

后轉到圖示位置。

根據上述信息，推導此時感應電動勢的表達式。問題1：此時，線圈與中性面的夾角是多少？問題2：

邊的速度是多少？問題4：

邊產生的感應電動勢是多少？問題3：

邊速度的方向與磁場方向的夾角是多少？問題5：線圈中的感應電動勢是多少？問題6：如果線圈不是從中性面開始旋轉，線圈中感應電動勢如何表述？用公式描述交變電流1、感應電動勢的瞬時值：2、感應電動勢的峰值：

如果外電路的純電阻

，線圈本身的電阻為

，可得電流隨時間的變化規律

可得外電路兩端的電壓隨時間的變化規律用公式描述交變電流

正弦式交變電流：按正弦規律變化的交變電流，簡稱正弦交流。

正弦交變電流隨時間的變化用公式描述交變電流

幾種交變電流的波形用公式描述交變電流課堂小結2.實驗探究交變電流的產生。3.用公式來描述交變電流。1.交變電流的曲線成正弦（余弦曲線）。練習練習2．矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面的軸勻速轉動時產生了交變電流，下列說法正確的是()A．當線框位于中性面時，線框中感應電動勢最大B．當穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應電動勢也為零C．每當線框經過中性面時，感應電動勢或感應電流方向就改變一次D．線框經過中性面時，各邊不切割磁感線CD練習3.如圖甲所示是目前市面上流行的手搖手機充電器，它體型小，攜帶方便，可以在緊急狀態下給手機臨時充電。若某人搖動手柄給手機充電時，其內部線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，當線圈轉到圖乙所示位置時，下列說法正確的是（

）A．線圈中無電流 B．電流方向將發生改變C．線圈中的電流最大 D．穿過線圈磁通量的變化率為0C練習4.關于線圈在勻強磁場中轉動產生的交變電流,下列說法中正確的是（）

A．線圈每經