第一节 交变电流
高中物理 第二章 交变电流 第1节 交变电流课件 教科版选修3-2
弦交流电。
答案：BD
13
3．(多选)下列属于交变电流的是
()
解析：由交变电流的定义知只有方向发生周期性变化的电流 才是交变电流，选项 A、D 中的电流方向始终没有改变，所 以不是交变电流。 答案：BC
14
正弦交变电流的瞬时值和最大值
1．瞬时值表达式推导
若线圈平面从中性面开始转动，如图 2-1-3
(2)只要电流的方向周期性变化，即为交变电流，与电流 的大小是否变化无关。
11
1．交变电流是
()
A．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时
产生的电流
B．按正弦规律变化的电流
C．大小随时间做周期性变化的电流
D．方向随时间做周期性变化的电流
解析：只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流。
答案：D
12
2．(多选)关于交变电流和直流电的说法中，正确的是
()
A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电的大小可以变化，但方律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
解析：直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流
方向周期性改变。另外交变电流不一定都是正弦交流电或余
图 2-1-4
16
3．电流、电压的瞬时值 若线圈给外电阻 R 供电，线圈相当于电源，设线圈本身电阻 为 r，由闭合电路欧姆定律得： (1)线圈中的电流 i＝R＋e r＝RE＋mrsin ωt，可写为 i＝Imsin ωt。 (2)R 两端电压可记为 u＝iR＝RImsin ωt＝Umsin ωt。 [特别提醒] 若从垂直中性面开始转动则“正弦”变“余弦”，即 e＝Emcos ωt，对应的 i＝Imcos ωt、u＝Umcos ωt，一般也称为正弦 交变电流。
《交变电流第一节》优秀教案
一、交变电流
一、概念
恒定电流：电流大小、方向都不随时间变化（属直流范围）
交变电流：电流大小、方向都随时间周期性变化的电流，简称交流
例：
二、正弦式交变电流的产生原理
（一）演示实验：教学用手摇式发电机产生的电流即为正弦式交变电流
问：可否用已学知识，用实验证明其交流电？（提示：提供两个发光二极管及若干导线）
（二）原理：（先介绍发电机基本构造：磁极间匀强磁场，线圈，中性面）
1、感应电动势E的方向：
在线圈转动一个周期内，感应电动势E方向是否发生变化？（中性面开始一个周期内）
分析：根据楞次定
律，由甲到乙和从乙到丙过程中感应电流方向为由B到A；由丙到丁再由丁到甲过程中，感应电流方向为由A 到B。
结论：线圈每经过中性面时，E方向发生变化（半个周期变一次）。
2、感应电动势E的大小：
①线圈在何位置磁通量Φ最大？（中性面）线圈在中性面位置E为多少？（E=0,i=0电流方向要发生变化）
②线圈在何位置E最大？（线圈与磁场平行时）E最大值为多少？E m=nBSω
③任意时刻，感应电动势e表达式？
设线圈从中性面开始转过θ,则此时v与B夹角也为θ,
即e=2BLvinθ=2BLvinωt= E m inωt。
交变电流第1部分交变电流教学
链 接
大的时刻)．由于线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两
次达到最大，故电流的方向在线圈转一周的过程中改变两次，
我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面．
(2)线圈垂直中性面时，虽然磁通 量等于零，但是磁通量的变化率却 最大，因此感应电动势最大，感应 电流最大．
(双选)下列各图中，表示交变电流 的是( )
答案：D
总结：书写交变电流瞬时值表达式的基本思路
(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或
由公式Em＝nBSω求出相应峰值．
栏
目
(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．
链 接
如：①线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦
函数图象，函数式为i＝Imsin ωt.
②线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦 函数图象，函数式为i＝Imcos ωt.
为________A，电阻R的热功率为________W，在一个周
期内电流做功________J.
栏
目
链
接
变式
迁移
解析：在一个周期 T 内，由焦耳定律得：
情景切入 I2RT＝I21R·T2＋I22R·T2，
课前导读 知识解惑
I2＝21I21＋12I22＝12×4 22 A2＋12×3 22 A2，I＝5 A.
R 两端电情景压切可入记为 u＝Umsin ωt.
课前导读
2．中性面．
(1)定义：与磁场方向垂直的平面叫中性面． (2)特点知：识解①惑线圈转到中性面时，穿过线栏圈目的链接磁通量最大，
磁通量的变化率为零，感应电动势为零．
②线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过中性面 一次，电流的方向就改变一次
高中物理第五章交变电流第1节交变电流讲义含解析新人教版选修3_220190412181
第1节交变电流1．交变电流是指大小和方向都随时间周期性变化的电流。
2．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时可产生正弦式交变电流，与转轴的位置无关。
3．正弦式交变电流的瞬时值表达式为e＝E m sin ωt,u＝U m sin ωt, i＝I m sin ωt, 式中的E m、U m、I m是指交变电流的最大值，也叫峰值。
一、交变电流1．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流。
2．直流方向不随时间变化的电流。
二、交变电流的产生1．过程分析2．中性面线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。
三、交变电流的变化规律1．从两个特殊位置开始计时的瞬时值表达式2．交变电流的图像 (1)正弦式交变电流的图像(2)其他几种不同类型的交变电流1．自主思考——判一判(1)方向周期性变化，大小不变的电流也是交变电流。
(√)(2)在匀强磁场中线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动通过中性面时，感应电流为零，但感应电流为零时，不一定在中性面位置。
(×)(3)表达式为e ＝E m sin ωt 的交变电流为正弦式交变电流，表达式为e ＝E m sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫ωt ＋π2的交变电流也是正弦式交变电流。
(√)(4)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，峰值越大，则瞬时值也越大。
(×)(5)交变电流的图像均为正弦函数图像或余弦函数图像。
(×)(6)线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动的过程中产生了正弦交变电流，感应电动势的图像、感应电流的图像形状是完全一致的。
(√)2．合作探究——议一议 (1)中性面是任意规定的吗？提示：不是。
中性面是一个客观存在的平面，即与磁感线垂直的平面。
(2)如何理解线圈平面转到中性面时感应电动势为零，而线圈平面与中性面垂直时感应电动势最大呢？提示：根据法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt 可知，感应电动势的大小不是与磁通量Φ直接对应，而是与磁通量的变化率成正比。
第1讲 交变电流的基本知识
第1讲 交变电流的基本知识一、正弦交流电的变化规律 1．正弦交变电流的产生：2．正弦交流电的电动势、电压和电流随时间的变化规律可用下列各式表示：⑴角频率ω等于线圈转动的角速度，且n f Tπππω222===。
⑵最大值 （N 为线圈匝数、S 为线圈面积）。
⑶从中性面位置开始计时。
平面线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面垂直于磁力线时，各边都不切割磁感线，线圈中感生电动势为零，这个位置叫中性面。
线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感生电动势为零。
线圈经过中性面时，内部电流方向要发生改变。
⑷交流电的变化规律及m E 与线圈的形状以及转动轴处于线圈平面内的位置无关。
3．正弦交变电流的图像：正余弦函数 二、表征交变电流的物理量⑴周期、频率 ⑵瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向，瞬时值是时间的函数，其关系如1中①②③式．⑶最大值：交流电的最大值反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面与磁感线平行时，交流电动势最大，S NB E m ω=，瞬时值与最大值的关系是m m E e E ≤≤-．⑷有效值．．．：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的．．．．．．．．．．．．，即在同一时间内，跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值叫该交流电的有效值．正弦交流电的有效值．．．．．．．．．与最大值的关系是： 222m m m II U U E E ===，， 交流电的有效值用得很广泛，交流电铭牌上标明的额定电压、额定电流是指有效值，不加特别说明时，交流电流、电压、电动势均指有效值．⑸平均值：交流电的平均值其数值可用tn E ∆∆Φ=计算。
某段时间内交流电的平均值一般不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算术平均值。
[典型例题与基本方法]例1：是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的A.周期是0.01SB.最大值是311VC.有效值是220VD.表达式为U=220sin100πt（V）例2：一个匝数为n、面积为S的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动的过程中，线圈中感应电动势e随时间t的变化关系如图所示，感应电动势最大值与周期均可从图中读出。
总结交变电流第一节知识点
总结交变电流第一节知识点交变电流是在电力系统中常用的形式，因为它可以通过变压器和发电机等设备方便地进行输送和转换。
同时，交变电流也在许多家用电器中使用，例如灯具、电风扇、电视机、空调等。
因为交变电流在输电过程中能够通过变压器改变电压，从而减小输电损耗。
在学习交变电流的知识点时，我们需要了解交变电流的产生、特点、传输、以及相关的电路和元件等一系列内容。
在本文中，我将对交变电流的第一节知识点进行总结。
这些知识点包括交变电流的产生、交变电流的特点、正弦波交变电流、交变电流的传输、交变电流的电路元件和相关实验等。
交变电流的产生交变电流可以通过多种方式产生，最常见的方式是通过交变电压源产生。
交变电压源可以是交流发电机、变压器、振荡电路等。
当交变电压源与负载电阻相连时，就会产生交变电流。
此外，交变电流还可以通过引入交变电阻、电感和电容等元件，通过交变电压源产生。
交变电流的特点交变电流与直流电流相比，具有以下几个显著的特点：1. 方向和大小的周期性变化。
在一个周期内，电流的方向和大小是不断变化的，这点与直流电流不同。
2. 周期性。
交变电流是周期性的，其周期就是一个完整的方向和大小的变化。
单位时间内交变电流的周期数称为频率，通常用赫兹（Hz）来表示。
3. 值的变化。
交变电流的数学表达式一般为正弦函数形式，可以通过不同的频率、幅值和相位来描述。
4. 交变电流的平均值为零。
由于交变电流是周期性变化的，其平均值在一个周期内为零。
5. 交变电流的有效值。
交变电流实际上并不是以不断变化的数值形式存在，而是以其有效值来代表。
有效值是指一个与交变电流等效的直流电流，使得两者在相同条件下产生相同的功率。
正弦波交变电流正弦波是一种特殊的交变电流，它的数学表达式为正弦函数形式。
正弦波交变电流的特点是周期性、规律性和简单性。
在电力系统中，交变电流一般被假设为正弦波交变电流，这样可以方便地进行分析和计算。
正弦波交变电流的数学表达式为：I(t) = I0*sin(ωt + φ)其中，I(t)为交变电流的大小和方向，I0为交变电流的峰值，ω为角频率，t为时间，φ为相位角。
2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流第1节交变电流(1)
1．判断正误：
（1）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。（ × ）
（2）当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。（ × ）
（3）当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。（ √ ）
（4）按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流。（ √ ）
（5）电子技术中所用到的交变电流全都是正弦式交变电流。（ × ）
环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑
环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是（ AC ）
A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小
三、交变电流的变化规律
=
=
=
思考：磁通量变化规律？
三、交变电流的变化规律
正弦式交变电流
=
=
=
m
三、交变电流的变化规律
交变电流的种类
正弦交流电
示波器中的
锯齿波扫描电压
（C ）
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
5．有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以
10πrad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应
交变电流
一、交变电流
1. 直流电流（DC）
方向不随时间变化的电流称为直流。
电池供给的电流，大小和方向都不随时间变化，所以属于直流。
22人教版高中物理新教材选择性必修第2册--第1节 交变电流
2.认识中性面
（1）中性面：线圈在磁场转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。
（2）中性面的特点：
①线圈中通过的磁通量最大，即 = 。
②此时磁通量的变化率最小，感应电动势最小，均为零，即 = 0 。
③每经过一次中性面，闭合回路中的电流方向就改变一次。
探究点一
交变电流的产生
把两个发光颜色不同的发光二极管并联（两者正、负极的方向不同），然后
提示
在线圈由图3转到图4所示位置过程中， 边中电流方向由 向 。
5. 线圈在磁场中转动一周，电流方向改变几次？
提示 线圈每经过一次中性面，线圈中电流方向改变一次，所以线圈在磁场
中转动一周，电流方向改变2次。
1.交变电流的产生条件
（1）匀强磁场。
（2）线圈匀速转动。
（3）线圈的转轴垂直于磁场方向。
是正弦式交变电流吗？为什么按余弦规律变化？
提示 是正弦式交变电流，从线圈垂直于中性面的位置开始计时，电流按余
弦规律变化。
要点四
交流发电机
发电机的转子由蒸汽轮机、水轮机等带动。蒸汽轮机、水轮机等将________
⑥
机械能
传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
⑥ 传递给发电机的机械能的主要来源有哪些？
sin =
sin
4. 边产生的感应电动势为 = ___________________________，
边
2
sin =
sin
产生的感应电动势为 = ______________________。
2
sin
5. 若线圈为 匝，则整个线圈产生的感应电动势为 = _______________。
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一、选择题
1．图3－2－15中，哪些情况线圈中不能产生交流电( )
图3－2－15
2．一个矩形线框的面积为S ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂
直的位置开始计时，转速为n 转/秒，则( )
A ．线框产生交变电动势的最大值为n πBS
B ．线框产生交变电动势的有效值为2n πBS /2
C ．从开始转动经过14
周期，线框中的平均感应电动势为2nBS D ．感应电动势瞬时值表达式为e ＝2n πBS sin2n πt
3．如图3－2－16所示，一正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO ′
匀速转动．沿着OO ′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B ，线
圈匝数为n ，边长为l ，电阻为R ，转动的角速度为ω.则当线圈转至图示位置时( )
图3－2－16
A ．线圈中的感应电流的方向为abcda
B ．线圈中的感应电流为nBl 2ωR
C ．穿过线圈的磁通量为Bl 2
D ．穿过线圈的磁通量的变化率为0
4．(2011年济南高二检测)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，
产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图3－2－17所示．此线圈与一个R ＝10 Ω的
电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是( )
图3－2－17 A ．交变电流的周期为0.125 s
B ．交变电流的频率为8 Hz
C ．交变电流的有效值为 2 A
D ．交变电流的最大值为4 A
5．(2011年如皋高二检测)某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交
变电流的图象如图3－2－18所示，由图中信息可以判断()
图3－2－18
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从O时刻到D时刻线圈转过的角度为2π
D．若从O时刻到B时刻历时0.02 s，则交变电流的频率为50 Hz
6．一只标有“220 V 100 W”的灯泡，接在U＝311sin314t V的电源上，则下列说法中正确的是()
A．灯泡不能正常发光
B．通过灯泡的电流为i＝0.45sin314t A
C．与灯泡并联的交流电压表的示数为220 V
D．与灯泡串联的交流电流表的示数为0.03 A
7．(2011年重庆高二检测)一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图3－2－19所示．下面说法中正确的是()
图3－2－19
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大
8．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流e＝2202sin100πt(V)，那么() A．该交变电流的频率是100 Hz
B．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直
C．当t＝1
200s时，e有最大值
D．该交变电流电动势的有效值为220 2 V
9．如图3－2－20所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强
磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动，t＝0
时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcda为正方向，则线圈内
感应电流随时间变化的图象是()
图3－2－20
10．(2011年泉州高二检测)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图3－2－22甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则()
图3－2－22 A ．电压表V 的示数为220 V
B ．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C ．灯泡实际消耗的功率为484 W
D ．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J
二、非选择题
11．如图3－2－23所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B ＝0.5 T ，线圈匝数n ＝50，每匝线圈面积0.48 m 2，转速150 r/min ，在匀速转动过程中，从图示位置开始计时．
图3－2－23
(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式；
(2)画出e －t 图线．
图3－2－24
12．如图3－2－24所示，边长为a 的单匝的正方形线圈处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以OO ′边为轴匀速转动，角速度为ω，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻R .求：
(1)线圈从图示位置转过π2
的过程中产生的热量Q ； (2)线圈从图示位置转过π2
的过程中通过线圈某截面的电荷量q .。