1交變電流[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察交變電流的方向.2.會(huì)分析交變電流的產(chǎn)生過(guò)程，會(huì)推導(dǎo)交變電流電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)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(shí)值表達(dá)式.4.了解交流發(fā)電機(jī)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(shí)間做____________變化的電流叫作交變電流，簡(jiǎn)稱________．2．直流：________不隨時(shí)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(jī)的線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)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(dāng)線圈平面位于中性面時(shí)，線圈中的磁通量________，線圈中的電流________．2．從中性面開始計(jì)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：e＝____________，Em叫作電動(dòng)勢(shì)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(jiǎn)稱______________．4．正弦式交變電流和電壓電流表達(dá)式i＝____________，電壓表達(dá)式u＝____________.其中Im、Um分別是電流和電壓的________，也叫________．四、交流發(fā)電機(jī)1．主要構(gòu)造：________和________．2．分類(1)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：______轉(zhuǎn)動(dòng)，______不動(dòng)．(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：________轉(zhuǎn)動(dòng)，________不動(dòng)．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流．()(2)線圈在通過(guò)中性面時(shí)磁通量最大，電流也最大．()(3)線圈在通過(guò)中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變．()(4)從線圈平面經(jīng)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90°角的時(shí)間內(nèi)，電流的瞬時(shí)值一直增大．()(5)從線圈平面與中性面垂直開始計(jì)時(shí)，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)2圈的過(guò)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(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡(jiǎn)稱交流．2．常見(jiàn)的交變電流的波形圖實(shí)際應(yīng)用中，交變電流有著不同的變化規(guī)律，常見(jiàn)的有以下幾種，如圖所示．3．直流方向不隨時(shí)間變化的電流叫作直流，大小和方向都不隨時(shí)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(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則：(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，線圈中的電流方向如何變化？(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流有最小值和最大值時(shí)線圈分別在什么位置？知識(shí)深化兩個(gè)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(chǎng)垂直的位置，此時(shí)Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)為0，e為0，i為0.線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，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(shí)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(dòng)或勻速直線運(yùn)動(dòng)，能產(chǎn)生交變電流的是()針對(duì)訓(xùn)練1在水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一線框繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框通過(guò)電刷、圓環(huán)、導(dǎo)線等與定值電阻組成閉合回路．t1、t2時(shí)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(shuō)法正確的是()A．t1時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量最大B．t1時(shí)刻通過(guò)電阻的電流最大，方向從右向左C．t2時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量變化最快D．t2時(shí)刻通過(guò)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(diǎn)從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω.經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)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(zhǎng)為L(zhǎng)1，bc邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線圈面積S＝L1L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則：(1)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？(2)整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？(3)若線圈有N匝，則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？知識(shí)深化1．正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(1)從中性面位置開始計(jì)時(shí)e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)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(shuō)明電動(dòng)勢(shì)峰值Em＝NωBS由線圈匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和線圈面積S決定，與線圈的形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)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(dòng)勢(shì)的峰值均相同．例3如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),π)T，邊長(zhǎng)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(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω.求：(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值．(2)從圖示位置(線圈平面與磁感線平行)開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式．(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°角時(shí)電路中電流的瞬時(shí)值．(4)線圈從開始計(jì)時(shí)經(jīng)eq\f(1,6)s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值．(5)電阻R兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式．確定正弦式交變電流的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法1．確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)，以確定瞬時(shí)值表達(dá)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(dòng)的角速度．3．確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值Em＝NωBS.4．寫出瞬時(shí)值表達(dá)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(gè)特殊值對(duì)應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時(shí)：線圈位于中性面上，此時(shí)eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，Φ最大．②e最大(或i最大)時(shí)：線圈平行于磁感線，此時(shí)eq\f(ΔΦ,Δt)最大，Φ＝0.(3)e、i大小和方向隨時(shí)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(dòng)，線圈平面位于如圖甲所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．通過(guò)線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變化規(guī)律圖像如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是()A．t1、t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率最大B．t2、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變C．t2、t4時(shí)刻線圈中通過(guò)的磁通量最大D．t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小針對(duì)訓(xùn)練2(2022·長(zhǎng)春市第二中學(xué)高二期