一、交变电流的产生

1、实验装置：如图所示，当磁场中的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生改变，产生交变电流.

定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流.

2、过程分析

如图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO'转动时的截面图，ab和cd两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流). 具体分析可从下图中看出，图①时，导体不切割磁感线，线圈中无电流;图②时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入;图③同图①;图④中电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变.

线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻). 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.

线圈转至中性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率却最小等于零(导体不切割磁感线).

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。

问题1、中性面特点的理解

矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交流电，当线圈平面与磁感线方向垂直时穿过线圈的磁通量与产生的感应电动势的大小正确的是( ).

A.最大，e最大

B.最小，e最小

C.最小，e最大

D.最大，e最小

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答案：D

小结：中性面的特点归纳：

(1)中性面：指与磁感线垂直的平面。

(2)特点：

①当线圈处于中性面时，磁通量最大，磁通量变化率为零，ε=0，各边均不切割磁感线.

②当线圈转至中性面时，电流方向发生改变。

③线圈转动一周，电流方向改变两次.

(3)当线圈垂直中性面时，=0，但磁通量变化最快，v⊥B，感应电动势最大.

二、交变电流的变化规律

1、交变电流的数学表示式

如图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和cd边产生的电动势均为BLvsinωt，则此时整个线圈中的电动势为

或写为

小结：由知，线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫正弦交流电.

注意：①上式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情况;②交变电流的表达式与轴的位置无关.

推广：若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得：

限4a89升c0769728fb3c学件a802bd62158a软秀-技术有法西优广秀网习司东得公元4fb1根途49a5点慧8fa6ac526431秀6e224410科法 可写为

R两端电压可记为：

2、正弦交流电的图象

正弦交流电的电动势、电流和电压可由下图表示.

问题2、交流电变化规律的理解与应用

如图所示，矩形线圈abcd面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO'轴以角速度ω从中性面位置开始匀速转动，时间为t时，线圈中的感应电动势的大小为( ).

A.

B.

C.

D.

答案：C

问题3、交变电流图象的应用

如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角时(如图b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是

图a                      图b

答案：D

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三、描述交流电的物理量：

1、瞬时值

交流的瞬时值反映的是不同时刻交流的大小和方向，瞬时值是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同. 正弦式交流电瞬时值的表达式为

2、峰值

交流的峰值说明交流在变化的过程中所能达到的最大数值，反映了交流大小的变化范围. 当线圈平面与磁感线平行时，交流电动势最大，瞬时值与峰值的关系是

3、有效值

交流的有效值是根据电流的热效应规定的，即在相同时间内，跟某一交流能使同一电阻产生相等热量的直流的数值，叫做这一交流的有效值. 正弦式交流电的有效值与峰值之间的关系是：

各种使用交流的电器设备上所标的、交流电表所测得的、以及我们在叙述中没有特别加以说明的交流的值，都是指有效值.

4、平均值

用公式计算出的是电动势的平均值.

某段时间内的交流的平均值一般不等于这段时间始、末时刻瞬时值的算术平均值.

5、周期与频率：

交变电流的周期与频率都是描述交变电流变化快慢的物理量.

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(1)周期T

交流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒，周期越大，交流变化越慢，在一个周期内，交流的方向变化2次.

(2)频率f

交流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交流变化越快。

问题4、交流电有效值的计算及对交流电“四值”的理解

图(a)为电热毯的电路示意图，电热丝接在u=311sin(100πt)V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为图(b)所示波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是( ).

A. 110V

B. 156V

C. 220V

D. 31lV

答案：B

小结：

①有效值是根据电流的热效应来定义的，交流的有效值具有等效的意义，所以在理解此概念时，要强调“同样电阻”“同一时间”和“热量相等”，对于峰值和有效值之间的关系：

、、只适用于正弦式电流，其他规律的交变电流的峰值和有效值间关系并不具有这种特征.

②有效值和平均值的区别：交流的有效值是按热效应定义的，所以对一个确定的交流来说，有效值是恒定的，而平均值是由公式来求的，其值的大小与所取时间间隔有关. 如正弦式电流，从中性面开始，经，平均电动势大小为，而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过导体产生的热量、热功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值，而不能用平均值;在计算通过导体的电荷量时，只能用交流的平均值，而不能用有效值. 在考虑电容器的耐压值时，则应根据交流的峰值。