1 交变电流 学习任务一 交变电流的概念 [教材链接] 阅读教材,回答下列问题: (1) 随时间做周期性变化的电流叫作交变电流,简称交流(AC). (2) 不随时间变化的电流称为直流(DC). (3) 都不随时间变化的电流称为恒定电流. 例1 [2023·江苏金陵中学月考] 如图所示的各个图像中,表示交变电流的是 ( ) [反思感悟] 【要点总结】 交变电流和直流、恒定电流的区分:电流方向发生变化的是交流电,电流方向始终不变的是直流电,电流大小和方向都不变的是恒定电流,恒定电流也属于直流电. 学习任务二 交变电流的产生 [科学推理] 分析教材中交流发电机的示意图(如图所示),回答下列问题: (1)请分析线圈转动一周的过程中,线圈中的电流方向的变化情况. (2)线圈转动过程中,当产生的感应电动势最大和最小时,线圈分别在什么位置 例2 如图所示为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,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.下列说法正确的是 ( ) A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最小 B.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 C.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大 D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小 [反思感悟] 学习任务三 交变电流的变化规律 [科学推理] 如图所示,线圈平面从中性面开始绕垂直于匀强磁场的中心轴匀速转动,角速度为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的夹角也等于ωt.设ab边长为L1,bc边长为L2,线圈面积S=L1L2,磁感应强度为B,则: (1)ab边产生的感应电动势为多大 (2)整个线圈中的感应电动势为多大 (3)若线圈有N匝,则整个线圈的感应电动势为多大 例3 有一个10匝正方形线框,边长为20 cm,线框总电阻为1 Ω,如图所示,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T,OO'轴垂直于磁场方向,线框绕OO'轴以10π rad/s的角速度匀速转动. (1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少 (2)线框从图示位置转过60°角时,感应电动势的瞬时值是多大 (3)写出感应电动势随时间变化的表达式(从图示位置开始计时). 变式1 (多选)如图所示,abcd为一边长为L、匝数为N的正方形闭合线圈,绕对称轴OO'匀速转动,角速度为ω.空间中只有OO'左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.若闭合线圈的总电阻为R,则 ( ) A.线圈中电动势的最大值为NBL2ω B.线圈中电动势的最大值为NBL2ω C.在线圈转动一圈的过程中,线圈中有一半时间没有电流 D.当线圈转到图中所处的位置时,穿过线圈的磁通量为BL2 [反思感悟] 【要点总结】 正弦式交变电流 (1)瞬时值表达式(从中性面开始计时) 电动势e=Emsin ωt=NBSωsin ωt,电流i=Imsin ωt=sin ωt,电压u=Umsin ωt=sin ωt. (2)电动势最大值(峰值) ①表达式:Em=NBSω. ②由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关.如图所示的几种情况,若N、B、S、ω相同,则电动势的最大值相同. 学习任务四 交变电流的图像 [科学思维] 正弦式交变电流随时间的变化情况可以用图像表示,它是一条正弦(或余弦)曲线,如图所示. 从图像中可以获得以下信息: (1)交变电流的最大值Im、Em、Um. (2)根据线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零,磁通量最大可确定线圈位于中性面的时刻. (3)可找出线圈平行于磁感线的时刻. (4)判断线圈中磁通量的变化情况. (5)分析判断i、e、u随时间的变化规律. 例4 某交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生正弦式交变电流,磁通量Φ随时间t变化的关系如图所示,则下列说法正确的是 ( ) A.t=0时刻,线圈平面与中性面平行 B.t=0.005 s时刻, ... ...
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