1交變電流[學(xué)習(xí)目標]1.通過實驗觀察交變電流的方向.2.會分析交變電流的產(chǎn)生過程，會推導(dǎo)交變電流電動勢的表達式.3.知道什么是正弦式交變電流，知道正弦式交變電流的瞬時值表達式.4.了解交流發(fā)電機的構(gòu)造及工作原理．一、交變電流1．交變電流：大小和方向隨時間做____________變化的電流叫作交變電流，簡稱________．2．直流：________不隨時間變化的電流稱為直流．二、交變電流的產(chǎn)生交流發(fā)電機的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸與磁場方向________．三、交變電流的變化規(guī)律1．中性面(1)中性面：與磁感線________的平面．(2)當線圈平面位于中性面時，線圈中的磁通量________，線圈中的電流________．2．從中性面開始計時，線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達式：e＝____________，Em叫作電動勢的________，Em＝________.3．正弦式交變電流：按________規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱______________．4．正弦式交變電流和電壓電流表達式i＝____________，電壓表達式u＝____________.其中Im、Um分別是電流和電壓的________，也叫________．四、交流發(fā)電機1．主要構(gòu)造：________和________．2．分類(1)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機：______轉(zhuǎn)動，______不動．(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：________轉(zhuǎn)動，________不動．判斷下列說法的正誤．(1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，就可以產(chǎn)生交變電流．()(2)線圈在通過中性面時磁通量最大，電流也最大．()(3)線圈在通過中性面時電流的方向發(fā)生改變．()(4)從線圈平面經(jīng)中性面時開始計時，在線圈轉(zhuǎn)動90°角的時間內(nèi)，電流的瞬時值一直增大．()(5)從線圈平面與中性面垂直開始計時，在線圈轉(zhuǎn)動2圈的過程中電流方向改變4次．()一、交變電流與直流1．交變電流大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流．2．常見的交變電流的波形圖實際應(yīng)用中，交變電流有著不同的變化規(guī)律，常見的有以下幾種，如圖所示．3．直流方向不隨時間變化的電流叫作直流，大小和方向都不隨時間變化的電流叫作恒定電流．例1(多選)(2021·三明市高二期中)下列圖像描述的電流屬于交變電流的是()二、交變電流的產(chǎn)生導(dǎo)學(xué)探究假定線圈繞OO′軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，則：(1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向如何變化？(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當產(chǎn)生的感應(yīng)電流有最小值和最大值時線圈分別在什么位置？知識深化兩個特殊位置1．中性面位置(S⊥B，如圖中的甲、丙)線圈平面與磁場垂直的位置，此時Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)為0，e為0，i為0.線圈經(jīng)過中性面時，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次．2．垂直中性面位置(S∥B，如圖中的乙、丁)此時Φ為0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．例2(2022·汪清第六中學(xué)高二期末)如圖所示線圈勻速轉(zhuǎn)動或勻速直線運動，能產(chǎn)生交變電流的是()針對訓(xùn)練1在水平向右的勻強磁場中，一線框繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，線框通過電刷、圓環(huán)、導(dǎo)線等與定值電阻組成閉合回路．t1、t2時刻線框分別轉(zhuǎn)到如圖甲、乙所示的位置，圖甲中線框與磁感線平行，圖乙中線框與磁感線垂直，下列說法正確的是()A．t1時刻穿過線框的磁通量最大B．t1時刻通過電阻的電流最大，方向從右向左C．t2時刻穿過線框的磁通量變化最快D．t2時刻通過電阻的電流最大，方向從右向左三、正弦式交變電流的變化規(guī)律導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，線圈平面繞bc邊的中點從中性面開始轉(zhuǎn)動，角速度為ω.經(jīng)過時間t，線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt，ab邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt.設(shè)ab邊長為L1，bc邊長為L2，線圈面積S＝L1L2，磁感應(yīng)強度為B，則：(1)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為多大？(2)整個線圈中的感應(yīng)電動勢為多大？(3)若線圈有N匝，則整個線圈的感應(yīng)電動勢為多大？知識深化1．正弦式交變電流的瞬時值表達式(1)從中性面位置開始計時e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開始計時e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.2.交變電流的峰值Em＝NωBS，Im＝eq\f(NωBS,R＋r)，Um＝eq\f(NωBSR,R＋r).說明電動勢峰值Em＝NωBS由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強度B、轉(zhuǎn)動角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)．如圖所示的幾種情況中，如果N、B、ω、S均相同，則感應(yīng)電動勢的峰值均相同．例3如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝eq\f(\r(2),π)T，邊長L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈總電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω.求：(1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值．(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式．(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角時電路中電流的瞬時值．(4)線圈從開始計時經(jīng)eq\f(1,6)s時線圈中的感應(yīng)電流的瞬時值．(5)電阻R兩端電壓的瞬時值表達式．確定正弦式交變電流的電動勢瞬時值表達式的基本方法1．確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個位置開始計時，以確定瞬時值表達式是按正弦規(guī)律變化還是按余弦規(guī)律變化．2．確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度．3．確定感應(yīng)電動勢的峰值Em＝NωBS.4．寫出瞬時值表達式e＝Emsinωt或e＝Emcosωt.四、交變電流的圖像如圖甲、乙所示，從圖像中可以得到以下信息：(1)交變電流的峰值Em、Im.(2)兩個特殊值對應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時：線圈位于中性面上，此時eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，Φ最大．②e最大(或i最大)時：線圈平行于磁感線，此時eq\f(ΔΦ,Δt)最大，Φ＝0.(3)e、i大小和方向隨時間的變化規(guī)律．例4(2021·福建師大二附中高二期中)一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈平面位于如圖甲所示的勻強磁場中．通過線圈的磁通量Φ隨時間t的變化規(guī)律圖像如圖乙所示，下列說法正確的是()A．t1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大B．t2、t4時刻線圈中感應(yīng)電流方向改變C．t2、t4時刻線圈中通過的磁通量最大D．t1、t3時刻線圈中感應(yīng)電動勢最小針對訓(xùn)練2(2022·長春市第二中學(xué)高二期