第3章 第2节　交变电流的产生—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册讲义

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第2节　交变电流的产生
学习目标：1.[物理观念]认识交流发电机，了解交流发电机结构。　2.[科学思维]
理解交变电流的产生原理，知道中性面的概念。　3.[科学思维]掌握交变电流的变化规
律，能用数学表达式和图像描述正弦交变电流的变化规律。　4.[科学思维]理解交变电
流的瞬时值和最大值，能正确表示出正弦交变电流的瞬时值、峰值。
阅读本节教材，回答第 56 页“问题”并梳理必要知识点。
教材 P56 问题提示：让闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，由法拉
第电磁感应定律可知线圈产生大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流。
一、交流发电机
1．交流发电机的原理
由法拉第电磁感应定律可知，只要通过闭合导体的磁通量发生变化，就可以产生
感应电动势和感应电流。
2．交流发电机的构造：发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成。
3．交流发电机的种类
两种类型 转子 定子 特点
旋转电枢式 电枢 磁极 电压低，功率小
旋转磁极式 磁极 电枢 电压高，功率大
二、正弦式交变电流的产生原理
1．产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
2．过程分析(如图所示)：
3．中性面：物理学中，把线圈平面与磁感线垂直的位置叫作中性面。
(1)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中
的感应电动势为零，感应电流为零。
(2)线圈每经过中性面时，感应电流方向改变，线圈转动一周，两次通过中性面，
感应电流方向改变两次。
三、正弦式交变电流的变化规律
1．正弦式交变电流的表达式
(1)e＝Emsin_ωt(从中性面开始计时，其中 Em＝nBSω)
(2)i＝Imsin_ωt
(3)u＝Umsin_ωt(其中 Um＝ImR)
注：表达式中 Em、Im、Um分别为电动势、电流、电压的峰值，而 e、u、i则是这
几个量的瞬时值。
2．正弦式交变电流的图像
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)线圈转一周有两次经过中性面，每转一周电流方向改变一次。 (×)
(2)当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。 (×)
(3)线圈只要在匀强磁场内匀速转动就能产生正弦式交变电流。 (×)
(4)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。 (×)
(5)从线圈转至与磁场方向平行开始计时，线圈所产生的感应电动势 e＝Emcos ωt。
(√)
(6)正弦交流电电动势最大值 Em＝nBSω。(√)
2．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，当线圈通过中性面
时(　　)
A．线圈平面与磁感线方向平行
B．通过线圈的磁通量达到最大值
C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值
D．线圈中的感应电动势达到最大值
B　[中性面是通过磁通量最大的位置，也是磁通量变化率为零的位置，即在该位
置通过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势为零，无感应电流，B正确。]
3．交流发电机在工作时电动势为 e＝Emsin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同
时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为(　　)
A．e′＝Emsin B．e′＝2Emsin
C．e′＝Emsin 2ωt D．e′＝sin 2ωt
C　[本题考查交变电压的瞬时值表达式 e＝Emsin ωt，而 Em＝NBSω，当 ω加倍而
S减半时，Em不变，故正确选项为 C。]
交流发电机及交变电流的产生原理
(教师用书独具)教材 P56“迷你实验室”答案提示：指针围绕 0刻度左右摆动。
假定线圈绕 OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图甲至丁所示。请分析判断：
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