第05講交變電流（預(yù)習(xí)）

一?模塊導(dǎo)航?一——?學(xué)習(xí)目標(biāo)?——

模塊一思維導(dǎo)圖串知識(shí)1.通過實(shí)驗(yàn)觀察交變電流的方向.會(huì)區(qū)分交流電和直流電。

模塊二基礎(chǔ)知識(shí)全梳理（吃透教材）2.會(huì)分析交變電流的產(chǎn)生過程，會(huì)推導(dǎo)交變電流電動(dòng)勢的表達(dá)式。

模塊三教材習(xí)題學(xué)解題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

模塊四核心考點(diǎn)精準(zhǔn)練（4大考點(diǎn)）達(dá)式。

模塊五小試牛刀過關(guān)測4.了解交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及工作原理。

模塊一思維導(dǎo)圖串知識(shí)------------------------

6模塊二基礎(chǔ)知識(shí)全梳理------------------------

知識(shí)點(diǎn)1：交變電流

【情境導(dǎo)入】

用示波器觀察于電池電流的波形是一條平行于（軸的直線；而交流電的波形是一條正弦（或余弦）曲線,

如圖所示。想一想，這兩種波形代表的電流有何區(qū)別？

【答案】直流電方向不變，而交流電方向在做周期性變化。

L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，簡稱交流.

2.常見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，常見的有以下幾種，如圖所示.

家庭電路中的示波器中的三電子電路中激光通信

正弦式電流角形掃描電壓的矩形脈沖中的尖脈沖

3.直流電

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，二圖均表示直

流電。

知識(shí)點(diǎn)2：交變電流的產(chǎn)生

【情境導(dǎo)入】

假定線圈繞軸沿逆時(shí)車I方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示，則:

(1)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，線圈中的電流方向如何變化？

(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，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？

答案⑴

轉(zhuǎn)動(dòng)過程磁通量變化電流方向

甲一乙變小SA-QfC

乙f丙變大8fA-。-*C

丙一丁變小A-Bn

丁一甲變大A-B-CfD

⑵線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時(shí)線圈中感應(yīng)電流最小，為零，此時(shí)線圈所處的平面稱為中性面.線圈轉(zhuǎn)到乙或丁

位置時(shí)線圈中的感應(yīng)電流最大，此時(shí)線圈處在垂直中性面的位置.

1.中性面位置(S_L8,如圖中的甲、丙)

線圈平面與磁場垂直的位置，此時(shí)⑦最大，等為0,e為0,，■為0。線圈經(jīng)過中性面時(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〃8,如圖中的乙、丁)

此時(shí)切為0,等最大，e最天，，最大.

知識(shí)點(diǎn)3:正弦式交變電流的變化規(guī)律

【情境導(dǎo)入】

如圖所示，線圈平面繞曲邊的中點(diǎn)從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為①.經(jīng)過時(shí)間/，線圈轉(zhuǎn)過的角度是面,

ab邊的線速度。的方向跟磁感線方向間的夾角也等于祝.設(shè)"邊長為b，he邊長為“，線圈面積S=L\L?,

磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則:

⑴而邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？

⑵整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？

(3)若線圈有N匝，則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢為多大？

、)

...=Lo11

答案(\)eahBL\VS\n^-sin(ot=^BL\L2(osin(ot=^BScos\ncot.

(2)整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢由他和cd兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢組成，旦eah=e(^所以eg=e"—em=8Sssin

cot.

(3)若線圈有N匝，則相當(dāng)于N個(gè)完全相同的電源串聯(lián)，所以e=N8s①sine”

1「從中性面開始計(jì)時(shí)

線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式：e=E,?sincot,Em叫作電動(dòng)勢的峰值,Em=N(oBS.

2.正弦式交變電流

按正弦規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱正弦式電流.

3.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)

/=/sin)//=t/msin)

e=Em^ncot,mahai

⑵從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)

e=EmCOScot,1=/mCOScot,U=UmCOScot.

4.交變電流的峰值

,NcoBSNcoBSR

()

Em=NtBS,m—R+r'Um-R+r.

電動(dòng)勢峰值由線圖匝數(shù)N、磁感應(yīng)強(qiáng)度8、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度①和線圈面積5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、氏①、S均相同，則感應(yīng)電動(dòng)勢的峰值均相同.

模塊三教材習(xí)題學(xué)解題

解題方法

【詳解】交變電流是大小和方向隨時(shí)間周期

教材習(xí)題02

性變化，ABD不屬于交變電流，C屬于交流

下列電流隨時(shí)間變化的圖像中，屬于交變電流的是()

電。

4。

1(C)(d)

【答案】Ao

6模塊四核心考點(diǎn)精準(zhǔn)練------------------------

考點(diǎn)1：交流發(fā)電機(jī)原理和示意圖

【典例1】（2324高二下?江蘇常州?期末）如圖所示，線圈"cd在水平勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生交變電

流。當(dāng)線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示水平位置時(shí)（）

B.線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為零

【變式11］（2324高二下?廣東肇慶?階段練習(xí)）如圖所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn),

A.圖示位置，。方邊的感應(yīng)電流方向?yàn)橛蒩—。

B.圖示位置為中性面，線圈口無感應(yīng)電流

C.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向改變一次

D.圖示位置線圈平面與磁場方向平行，磁通量變化率為零

【變式12］（多選）（2324高二下?廣東深圳?期中）如圖所示，下列線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或勻速直線運(yùn)動(dòng)，能產(chǎn)

生交變電流的是（）

XXXX

XXXX

V

XXXX

X

考點(diǎn)2：判斷線圈轉(zhuǎn)到不同位置的電流方向

【典例2】（2324高二下?北京?期中）如圖（a）->（b）->（c）-（d）-（e）過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示

意圖。線圈的岫邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個(gè)電刷分別壓在兩個(gè)滑環(huán)

上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。下列說法正確的是（）

A.圖（a）中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大

C.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖（c）位置時(shí)，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變

D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖（d）位置時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢最大，cd妨感應(yīng)電流方向?yàn)閏-d

【變式21］（2324高二下?北京房山?期中）某些共享單車的內(nèi)部有一個(gè)小型發(fā)電機(jī)，通過騎行者的騎行踩

踏，可以不斷地給單車?yán)锏男铍姵爻潆?，蓄電池再給智能鎖供電。小型發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理可簡化為圖甲所

示，矩形線圈Hcd處于勻強(qiáng)磁場中，通過交流電流表與阻值為R的電阻相連。某段時(shí)間在騎行者的踩踏下，

線圈繞垂直磁場方向的軸。0'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，圖乙是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量中隨時(shí)間，變化的圖像,

則（）

A.A0時(shí)刻,線圈處于中性質(zhì)位置

B.〃時(shí)刻，電流表示數(shù)最大

C.〃時(shí)刻，線圈中電流方向發(fā)生改變

D.門時(shí)刻，穿過線圈的磁通量變化率為零

【典例3】（2324高二下?內(nèi)蒙古赤峰?期末）圖甲是交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極之間的磁場可視為勻強(qiáng)磁

場，金屬線圈繞轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，A為電流傳感器（與計(jì)算機(jī)相連），R為定值電阻，線圈電阻

為，，其余電阻不計(jì)。圖乙為計(jì)算機(jī)上顯示的電流數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的圖像。下列說法中正確的是（）

A.金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢為0,對(duì)應(yīng)圖乙中，2或口時(shí)刻

B.金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大，對(duì)應(yīng)圖乙中〃或。時(shí)刻

C.4、G時(shí)刻穿過線圈的磁通量的絕對(duì)值最小，磁通量的變化率最大

D.右、G時(shí)刻穿過線圈的磁道最的絕對(duì)值最小，磁通最的變化率最大

C.線圈轉(zhuǎn)到圖甲所示位置時(shí)，線圈中磁通量變化率為零

A.圖乙中?！〞r(shí)間段對(duì)應(yīng)圖甲中A至B的過程

B.圖乙中c時(shí)刻對(duì)應(yīng)圖甲中的C

考點(diǎn)4：交流電在示波器上的顯示

【典例4】示波器面板如圖所示，圖甲圖為一信號(hào)源。

（1）若要觀測此信號(hào)源發(fā)出的正弦交流信號(hào)的波形（正弦交流信號(hào)的電流，?隨時(shí)間/做周期性變化的圖像

如圖乙所示），應(yīng)將信號(hào)源的“端與示波器面板上的接線柱相連，力端與接線柱相連。

（2）若示波器所顯示的輸入波形如圖丙所示，要將波形上移，應(yīng)調(diào)節(jié)面板上的旋鈕；要使此波形

橫向展寬，應(yīng)調(diào)節(jié)旋鈕,

【變式41】①在使用示波器時(shí)，如果屏幕上出現(xiàn)如圖1所示的波形時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)圖2中的旋鈕使之顯示

在屏幕中央?yún)^(qū)域（如圖3所示），如果外接Y輸入正弦交流電源，觀察到正弦波的豎直方向的正、負(fù)半周

均超出了屏幕的范圍，應(yīng)調(diào)節(jié)旋鈕或旋鈕（填旋鈕旁邊的數(shù)字或名稱），或這兩個(gè)鈕配合使用，

以使正弦波的整個(gè)波形出現(xiàn)在屏幕內(nèi).

②如果使該信號(hào)顯示從一個(gè)波形變成兩個(gè)完整的波形，如圖4所示，則應(yīng)調(diào)節(jié)旋鈕或旋鈕（填

旋鈕旁邊的數(shù)字或名稱），這兩個(gè)旋鈕配合使用；波形橫向變窄，應(yīng)調(diào)節(jié)旋鈕.

【變式42】利用示波器可以顯示輸入信號(hào)的波形，單匝正方形金屬線框。區(qū)4處在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)以線圈平

面內(nèi)某虛線0（7為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈內(nèi)產(chǎn)生的電流隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖用所示。則在四個(gè)選項(xiàng)所示的

情景中，無論從線圈平面處于哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí),都不可能產(chǎn)生該電流的是（)

Q

#、

D.7

6模塊五小試牛刀過關(guān)測-----------------------------

一、單選題

1.（2324高二下?廣東梅州?期末）如圖甲所示，2023年6月140,我國自主研發(fā)的首臺(tái)兆瓦級(jí)漂浮式波

浪能發(fā)電裝置“南鰥號(hào)”在廣東珠海投入試運(yùn)行，南鯨號(hào)發(fā)電原理可作如下簡化：海浪帶動(dòng)浪板上下擺動(dòng)，驅(qū)

動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其中浪板和轉(zhuǎn)子的鏈接裝置使轉(zhuǎn)子只能單方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖乙所示，若轉(zhuǎn)子帶動(dòng)線圈沿

逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并向外輸出電沆，下列說法正確的是（）

A.圖乙中線圈所處位置是中性面

B.在圖乙所示位置時(shí)，穿過線圈的磁通量變化率最大

C.在圖乙所示位置時(shí)，線圈。端電勢高于。端電勢

D.在圖乙所示位置時(shí)，線圈靠近S極的導(dǎo)線受到的安培力方向向上

2.（2324高二下?江蘇連云港?期末）如圖所示，兩圓弧形磁極之間放置一矩形線圈，其中A、B為線圈引

出的兩個(gè)接線端，線圈可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是（）

A.線圈處于非勻強(qiáng)磁場中B.圖示位置穿過線圈的磁通量不為零

C.通電后線圈左右兩邊受安培力相同D.若線圈在外力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，則A端電勢始終低于B端

3.（2324高二下?陜西西安?期中）如圖甲所示為交流發(fā)電機(jī)、定道電阻火、交流電流表A組成的閉合回路,

線圈ABCD逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，圖示位置磁感線與線圈平面平行，圖乙所示為通過線圈的磁通量中隨時(shí)間/

的變化關(guān)系圖像，下列說法正確的是（）

A.4、乙時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢最小

R.i4時(shí)刻電阻P兩端的電壓為零

C.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，線圈中磁通量變化率為零

4.（2324高二下?江西?階段練習(xí)）汽車上的發(fā)電機(jī)多采用旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)。如圖甲，轉(zhuǎn)了?在外力帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)

產(chǎn)生磁場，定子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。現(xiàn)簡化為如圖乙模型，一連有電阻R的線圈軸線與條形磁鐵中心線在

同一平面，條形磁鐵（轉(zhuǎn)子）繞其中心。在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，下列說法正確的是（）

3，0\

----「---sj|L

V/

'7，

口

乙

A.條形磁鐵在圖示位置，線圈中磁通量最大

B.條形磁鐵在圖示位置，電阻R中電流為零

C.條形磁鐵從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)90。過程中，電阻R中電流方向由“指向〃

D.增大條形磁鐵的轉(zhuǎn)速，可以增大R中的電流

5.（2324高二下?江蘇連云港?期中）一矩形線圈的匝數(shù)為50,在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)

動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。下列結(jié)論正確的是（）

A.在片0.1s和片0.3s時(shí)，電動(dòng)勢最大B.在片0.2s和片0.4s時(shí)，電動(dòng)勢方向發(fā)生改變

C.電動(dòng)勢的最大值是50VD.在/=0.4s時(shí)，磁通量的變化率最大，為3/4Wb/s

6.（2324高二下?湖北孝感?期中）如圖所示為發(fā)電機(jī)簡化模型，內(nèi)部是匝數(shù)為N的矩形銅質(zhì)線圈在水平勻

強(qiáng)磁場中，以角速度”繞垂直于磁場的水平轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電。已知N匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)

勢的最大值為Em。下列說法正確的是（）

A.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)處于中性面B.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)電流表的示數(shù)為零

p

C.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)磁通量的變化率最大D.穿過線圈的最大磁通量為3

（O

7.（2324高二下?江蘇常州?期中）利用示波器可以顯示輸入信號(hào)的波形，單匝正方形金屬線樞"cd處在勻

強(qiáng)磁場中，當(dāng)以線圈平面內(nèi)某虛線為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈內(nèi)產(chǎn)生的電流隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖甲所示。

則在四個(gè)選項(xiàng)所示的情景中，無論從線圈平面處于哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí)，都不可能產(chǎn)生該電流的是（）

OxXXX

■

8.（2024?重慶?模擬預(yù)測）如圖所示，從左往右看，各線圈在勻強(qiáng)磁場中繞軸勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位

置開始計(jì)時(shí)，設(shè)電流從2流出線圈為正方向，能產(chǎn)生圖甲所示交變電流的是（）

A.線圈平面與磁場垂直B.線圈平面與磁場平行C.線圈立而與磁場垂直D.線圈平面與磁場平行

二、多選題

9.（2223高二上?河北邯鄲?期末）一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線圈的

磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖所示.則下列說法中正確的是（）

10.（2324高二下?廣東茂名?期末）如圖所示是物理實(shí)驗(yàn)室常見的手搖交流發(fā)電機(jī)，快速搖動(dòng)發(fā)電機(jī)手柄,

能看到燈泡可以發(fā)光，下列說法正確的是（）

A.手柄搖得越快，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電峰值越大B.手柄搖得越快，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電頻率越高

C.手柄每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向都會(huì)改變一次