第09讲 交变电流（解析版）-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

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知识精讲
第09 讲 交变电流
课程标准 课标解读
通过实验，认识交变电流。
1.通过实验观察交变电流的方向。
2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势
的表达式。
3.了解交流发电机的构造及工作原理。
知识点 01 交变电流
1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流．
2．常见的交变电流的波形图
实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图 3所示．
2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．
方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流．
【即学即练 1】对于如图所示的电流
i
随时间
t
做周期性变化的图象，下列说法中正确的是（　　）
A．电流大小变化，方向不变，是直流电
B．电流大小、方向都变化，是交流电
C．电流的周期是 0.2s，最大值是 0.2A
D．电流做周期性变化，是交流电
【答案】A
【解析】ABD．由图象可知，电流的方向不变，而大小作周期性变化，所以不是交流电，而是直流电，但
不是恒定直流，故 A 正确，BD 错误；C．电流的周期是 0.01s，最大值是 0.2A，故 C 错误。故选 A。
知识点 02 交变电流的产生
交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用右手定则判断线圈切割磁感线产生的感应电
流方向．
【知识拓展 2】
两个特殊位置
1．中性面位置(
S
⊥
B
，如图 4 中的甲、丙)
线圈平面与磁场垂直的位置，此时
Φ
最大，为 0，
e
为 0，
i
为 0.
线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．
2．垂直中性面位置(
S
∥
B
，如图 4 中的乙、丁)
此时
Φ
为 0，最大，
e
最大，
i
最大．
【即学即练 2】如图所示为交流发电机示意图，线圈的 边连在金属滑环 上， 边连在滑环 上，用
导体做的两个电刷 、 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（　　）
A．当线圈平面转到中性面时，穿过线圈的磁通量最大
B．当线圈平面转到中性面时，线圈中的感应电动势最大
C．当线圈平面转到跟中性面垂直时，穿过线圈的磁通量的变化率最小
D．当线圈平面转到跟中性面垂直时，线圈中的感应电流最小
【答案】A
【解析】A．当线圈平面转到中性面的瞬间，
AB
和
CD
边方向与磁感线方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，
A 正确；B．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为
零， B 错误；CD．当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，根据法拉第电磁感应定律，则线圈中磁通量的变
化率最大，则感应电动势最大，感应电流最大，故 CD 错误。故选 A。
知识点 03 交变电流的变化规律
1．中性面
(1)中性面：与磁感线垂直的平面．
(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零．
2．从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：
e
＝
E
msin
ωt
，
E
m叫作电动势的峰值，
E
m＝
NωBS
.
3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流．
4．正弦式交变电流和电压
电流表达式
i
＝
I
msin_
ωt
，电压表达式
u
＝
U
msin_
ωt
.其中
I
m、
U
m分别是电流和电压的最大值，也叫峰值．
【知识拓展 2】
1．正弦交变电流的瞬时值表达式
(1)从中性面位置开始计时
e
＝
E
msin
ωt
，
i
＝
I
msin
ωt
，
u
＝
U
msin
ωt
(2)从与中性面垂直的位置开始计时
e
＝
E
mcos
ωt
，
i
＝
I
mcos
ωt
，
u
＝
U
mcos
ωt
.
2．交变电流的峰值
E
m＝
NωBS
，
I
m＝，
U
m＝.
3.确定正弦式交变电流电动势瞬时值表达式的基本方法
1．确定线圈转动到哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化．
2．确定线圈转动的角速度．
3．确定感应电动势的峰值
E
m＝
NωBS
.
4．写出瞬时值表达式
e
＝
E
msin
ωt
或
e
＝
E
mcos
ωt
.
【即学即练 2】小型交流发电机的原理图如图所示：单匝矩形线圈
ABCD
置于匀强磁场中，绕过
BC
、
AD
中
点的轴
OO
′以恒定角速度旋转，轴
OO
′与磁场垂直，矩形线圈通过滑环与理想交流电流表 A，定值电阻
R
串联，下列说法中正确的是（　　）
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