交變電流

【教學目標】

一、知識與技能

1．使學生理解交變電流的產生原理，知道什么是中性面。

2．掌握交變電流的變化規律及表示方法。

3．理解交變電流的瞬時值和最大值及中性面的準確含義。

二、過程與方法

1．掌握描述物理量的三種基本方法（文字法、公式法、圖象法）。

2．培養學生觀察能力，空間想象能力以及將立體圖轉化為平面圖形的能力。

3．培養學生運用數學知識解決物理問題的能力。

三、情感、態度與價值觀

通過實驗觀察，激發學習興趣，培養良好的學習習慣，體會運用數學知識解決物理

問題的重要性。

【教學重難點】

1．交變電流產生的物理過程的分析。

2．交變電流的變化規律及應用。

【教學過程】

一、復習提問、新課導入

演示：觀察直流電和交變電流的波形圖

學生觀察波形，引出直流電流和交變電流的概念。

二、新課教學

（一）交變電流

1．直流電流（DC）

方向不隨時間變化的電流稱為直流。

電池供給的電流，大小和方向都不隨時間變化，所以屬于直流。

2．交變電流（AC）

電流、電壓大小和方向隨時間做周期性變化，這樣的電流叫作交變電流。

演示：用示波器觀察交流電通過二極管前后的波形。

加深學生對交變電流的理解。

[例題1]下列表示交變電流的有（）

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答案：CE

演示：觀察交變電流的方向

把兩個發光顏色不同的發光二極管并聯，注意使兩者正、負極的方向不同，然后連

接到教學用發電機的兩端。轉動手柄，兩個磁極之間的線圈隨著轉動。觀察發光二極管

的發光情況。

實驗說明手搖發電機輸出的是交流電。

（二）交變電流的產生

首先引導學生思考：

（1）為什么矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時線圈里能產生交變電流？

希望學生說出：1、表面的切割說；2、磁通變化的問題。

（2）線圈中感應電流的方向如何？

（3）當線圈轉到什么位置時，產生的感應電動勢最大？線圈轉到什么位置時，產

生的感應電動勢最小？（利用此圖分析在具體的幾個特殊位置分析感應電動勢）

通過講解，引出中性面的概念和特點。

1．概念：線圈平面與磁感線垂直的位置。

2．特點：

①線圈通過中性面瞬間不切割磁感線，感應電動勢、感應電流為零。

②中性面位置磁通量最大，磁通量的變化率等于0。

③每當線圈經過中性面一次，感應電流方向就改變一次。

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[例題2]一矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，當線圈通過中性面時（）

A．線圈平面與磁感線方向平行

B．通過線圈的磁通量達到最大值

C．通過線圈的磁通量變化率達到最大值

D．線圈中的電動勢達到最大值

答案：B

（三）交變電流的變化規律

接上述思考：線圈由甲轉到乙，由乙轉到丙，由丙轉到丁，由丁轉到甲的過程中電

流大小變化嗎？若變，如何變？

在磁感應強度為B的勻強磁場中，矩形線圈AB邊長為L1，BC邊長為L2，逆時針

繞垂直于磁場的軸勻速轉動，角速度為ω，從中性面開始計時，經時間t，線圈中的感

應電動勢是多少？

請學生逐步分析：

①線圈與中性面的夾角是多少？

②AB邊速度方向與磁場方向夾角多大？

③AB邊的速度是多少？

④AB邊產生的感應電動勢多大？

⑤線圈中感應電動勢多大？若線圈的匝數為N匝呢？

教師解答：

①線圈與中性面的夾角

②AB邊速度方向與磁場?方=向??夾角為

③AB邊的速度是

1???

④邊產生的感應電動勢2為

AB?=2??

1

⑤線圈中感應電動勢?=2??1?2??????

若線圈的匝數為N匝?時=，??1?2??????，而，所以

總結：?=???1?2???????1?2=??=?????????

1．電動勢e隨時間變化的規律：

2．負載兩端的電壓u隨時間變化?的=規?律??：????

3．電流i隨時間變化的規律：?=???????

其中ω等于線圈轉動的角速度，?=???????

根據函數，結合數學知識，繪制?圖?象=：????

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思考：磁通量變化規律？

幾種常見的交變電波形

（四）交流發電機

介紹交流發電機

1．發電機的基本組成：

①用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞）

②用來產生磁場的磁極

2．發電機的基本種類：

①旋轉電樞式發電機（電樞動，磁極不動）

②旋轉磁極式發電機（磁極動，電樞不動）

三、鞏固練習

1．判斷正誤：

（1）只要線圈在磁場中轉動，就可以產生交變電流。（）

（2）當線圈中的磁通量最大時，產生的電流也最大。（）

（3）當線圈平面與磁場垂直時，線圈中沒有電流。（）

（4）按正弦規律變化的交變電流稱為正弦式交變電流。（）

（5）電子技術中所用到的交變電流全都是正弦式交變電流。（）

2．一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線

的固定軸OO′勻速轉動，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的變化規律如圖乙所示，下列說法正確

的是（）

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A．t1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大

B．t1、t3時刻線圈中感應電流方向改變

C．t2、t4時刻線圈中磁通量最大

D．t2、t4時刻線圈中感應電動勢最小

3．如圖所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸OO′以恒

定的角速度ω轉動，從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，則在這段時間內（）

A．線圈中的感應電流一直在減小

B．線圈中的感應電流先增大后減小

C．穿過線圈的磁通量一直在減小

D．穿過線圈的磁通量的變化率先減小后增大

4．如圖所示為演示交變電流產生的裝置圖，關于這個實驗，正確的說法是（）

A．線圈每轉動一周，指針左右擺動兩次

B．圖示位置為中性面，線圈中無感應電流

C．圖示位置ab邊的感應電流方向為a→b

D．線圈平面與磁場方向平行時，磁通量變化率為零

5．有一個10匝正方形線框，邊長為20cm，線框總電阻為1Ω，

線框繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉動，如圖所示，垂直于

線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為0.5T。問：

（1）該線框產生的交變電動勢最大值、電流最大值分別是多

少？

（2）線框從圖示位置轉過60°時，感應電動勢的瞬時值是多大？

（3）寫出感應電動勢的瞬時值表達式。

6．如圖所示為交流發電機示意圖，線圈的AB邊連在金屬滑環

K上，CD邊連在滑環L上，導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個

滑環上，線圈在轉動時可以通過滑環和電刷保持與外電路的連接。關

于其工作原理，下列分析正確的是（）

A．當線圈平面轉到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大

B．當線圈平面轉到中性面的瞬間，線圈中的感應電流最大

C．當線圈平面轉到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小

D．當線圈平面轉到跟中性面垂直的瞬間，線圈中的感應電流最小

7．如圖甲所示，單匝矩形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中，線圈軸線

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OO′與磁場邊界重合。線圈按圖示方向勻速轉動。若從圖示位置開始計時，并規定電

流方向沿a→b→c→d→a為正方向，則線圈內感應電流隨時間變化的圖像是圖乙中的

（）

8．關于交變電流的產生和變化規律，下列說法中正確的是（）

A．周期性變化的電流叫作交變電流

B．交流發電機線圈中磁通量最大時，感應電動勢也最大

C．當線圈平面與磁感線平行時，線圈中的感應電動勢一定為零

D．交變電流一定按正弦規律變化

E．線圈繞垂直于磁場方向的軸在勻強磁場中勻速轉動就可以產生正弦式交變電流

9．如圖中各圖面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度

ω勻速轉動，能產生正弦交變電動勢e=BSωsinωt的圖是（）

10．一個匝數N=100匝的線圈所包圍的面積S=0.02m2，在勻強磁場B=0.5T中繞垂

直于磁感線的軸以角速度ω=100πrad/s