物理人教版 (2019)1 交变电流学案

3.1  交变电流

【学习目标】

1、理解交变电流，尤其是正弦交流电的产生原理；

2、了解交变电流的变化规律。

【基础感知】

一、交变电流

1、什么是交变电流？

2、实验器材和电学元件中AC和DC分别可以用来表示什么？

3、恒定电流和交变电流产生的原因有什么不同？

4、教材中图5.1-2两个二极管的发光现象应该是怎么样的？原因是什么？

二、交变电流的产生（以正弦交变电流为例）

说明：1、ab和cd边连接的金属滑环与电刷不同，试分析其对电流流向的影响。

2、线圈按照逆时针方向匀速旋转。

3、中性面是磁通量最大的位置，分别对应上图中的a、c、e。

分析与讨论：

1、上图中，线圈从a到b过程中，ab边电流方向如何？

2、上图中，线圈从d到e过程中，ab边电流方向如何？

3、上图中哪些位置线圈没有电流，哪些位置电流最大？

4、以图a为计时起点，假定图b电流方向为正方向，上图的电流变化如下图所示，尝试理解并分别在图中标出abcde五个位置。

【典型例题】

例1、（多选）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间（　　）

A.线圈平面与磁感线平行

B.通过线圈的磁通量最大

C.线圈中的感应电动势最大

D.线圈中感应电动势的方向突变

三、交变电流的变化规律（注意分析推导过程）

设线圈平面从中性面开始转动，角速度是ω。经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt，如右图所示。设ab边长为L1，bc边长L2，O 为中轴线，磁感应强度为B，这时ab边产生的感应电动势怎么计算呢？

v=             =           

eab=                       另ecd=                

综上，e=              

若线圈有N匝时，相当于N个完全相同的电源串联，e=               ，令Em=           ，叫做感应电动势的峰值，e叫做感应电动势的瞬时值。

根据部分电路欧姆定律，电压的最大值Um=ImR，电压的瞬时值u=Umsinωt。

分析与讨论：

1、如果轴线不是中轴线位置，上面电动势e的表达式还成立吗？

2、如果右上侧图中，虚线左侧没有磁场，仅虚线右侧有磁场，上面电动势e的表达式应该是什么？

3、如果线圈不是矩形线圈，而是圆形线圈，上面电动势e的表达式还成立吗？其他形状的线圈呢？

4、如果从垂直中性面开始运动，产生的交变电流是什么样子？

【典型例题】

例2、（多选）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像，则在时刻（　　）

A.t1，t3 线圈通过中性面

B.t2，t4 线圈中磁通量最大

C.t1，t3 线圈中磁通量变化率最大

D.t2，t4 线圈平面与中性面垂直

例3、请完成教材第18页第5题。