【知识点详解】
1. **交变电流的基本概念**
- 交变电流（AC）：电流的大小和方向随时间周期性变化的电流，通常是由电磁感应现象产生的。
- 直流电（DC）：电流大小和方向不随时间变化的电流，如果电流大小也恒定，则为恒定电流。
2. **法拉第电磁感应定律**
- 法拉第电磁感应定律是交变电流产生的基础，它指出磁通量的变化会产生电动势，进而形成电流。
3. **交变电流的产生**
- 当一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈切割磁感线，产生感应电动势，导致电流交替变化。
- **中性面**：线圈平面与磁感线垂直的位置，此时磁通量最大，感应电动势为零。
4. **交变电流的变化规律**
- 穿过线圈平面的磁通量在中性面处最大，然后逐渐减小至零，再由零增大至最大，如此反复。
- 感应电动势在中性面时为零，通过中性面后方向改变，大小逐渐增大至最大，然后减小回零，如此循环。
- 推导公式：从中性面开始计时，线圈中的感应电动势 e 可以用 e = E_m sin(ωt) 表示，其中 E_m 是最大感应电动势，ω 是角频率。
5. **正弦式交变电流**
- 当交变电流遵循 e = E_m sin(ωt) 规律时，称为正弦式交变电流。
- 正弦交变电流的电流表达式为 i = I_m sin(ωt)，其中 I_m 是电流的最大值（峰值电流），与电动势最大值 E_m 有关，可通过欧姆定律计算。
6. **交流电的参数**
- **最大值**（峰值）：电动势或电流的最大绝对值，例如 E_m 和 I_m。
- **有效值**：与直流电等效的值，使得相同时间内产生的热效应相等。
- **频率**（f）：单位时间内交变电流完成完整周期的次数，与角频率 ω 之间的关系为 f = ω / 2π。
- **周期**（T）：交变电流完成一次完整循环所需的时间，频率和周期互为倒数。
7. **实际问题的解决**
- 对于给定的100匝矩形线圈，可以利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的最大值（E_m = NBSω，其中N是匝数，B是磁感应强度，S是线圈面积，ω是角速度）。
- 感应电动势的瞬时表达式 e = E_m sin(ωt) 中，ω = 2πf，f = 120 r/min 转换为 Hz。
- 当线圈与外电路组成闭合电路时，可以使用欧姆定律 i = E_m / (R + r) 计算瞬时电流，其中 R 是外电路总电阻，r 是线圈内阻。
- 平均感应电动势的计算通常使用法拉第电磁感应定律的平均形式，即 E_av = ΔΦ / Δt，其中ΔΦ是磁通量的变化，Δt是时间间隔。
通过以上的学习，学生不仅能理解交变电流的基本概念，还能掌握描述交变电流的方法，包括文字法、公式法和图象法，以及运用这些知识解决实际问题的能力。同时，这节课还强调了分析交变电流产生物理过程的能力，以及将立体图转化为平面图的空间想象能力。
