交变电流的产生与变压器
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生正弦式交变电流：从中性面开始计时，e = Em sin ωt，峰值 Em = NBSω，有效值 E = Em/√2。线圈经过中性面时磁通量最大、电动势为零，电流方向在这里改变。理想变压器 U₁/U₂ = n₁/n₂、I₁/I₂ = n₂/n₁、P₁ = P₂，只能改变交流电压，不能改变直流电压。
交变电流是怎样产生的
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流（交流电），方向不随时间变化的叫直流。交流发电机的核心是一个矩形线圈 ABCD，放在磁极之间的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动。线圈的 AB、CD 两边切割磁感线，产生感应电动势；线圈两端分别接两个随线圈一起转动的铜滑环 K、L，两个固定的电刷压在滑环上，把电流引到外电路。
线圈转动时，AB 边一会儿向下切割、一会儿向上切割，电流方向随之周期性改变，接在外电路上的中央零刻度电流计的指针就左右摆动。这个过程把机械能转化为电能。
中性面：磁通量最大，电动势为零
线圈平面与磁感线垂直的位置叫中性面。线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量 Φ 最大；但这时 AB、CD 两边的速度方向与磁感线平行，不切割磁感线，磁通量的变化率为零，感应电动势 e = 0。线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次，所以线圈转一周，电流方向改变两次。
线圈转到线圈平面与磁感线平行时恰好相反：没有磁感线穿过线圈，Φ = 0，但两边垂直切割磁感线，磁通量变化最快，电动势最大。所以 Φ-t 图像与 e-t 图像“错开四分之一周期”：Φ 最大时 e 为零，Φ 为零时 e 最大。
瞬时值、峰值、有效值
设线圈匝数为 N、面积为 S、角速度为 ω，从中性面开始计时，经过时间 t 线圈转过角度 θ = ωt，穿过线圈的磁通量 Φ = BS cos ωt，感应电动势 e = Em sin ωt，Em = NBSω。若从线圈平面与磁感线平行开始计时，则 e = Em cos ωt。电路中的电流 i = e/(R + r)，外电阻两端电压 u = iR，它们按同样的规律变化。
交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫周期 T，1 s 内完成周期性变化的次数叫频率 f，T = 1/f，ω = 2π/T = 2πf。我国电网交流电的频率是 50 Hz，周期 0.02 s，电流方向每秒改变 100 次。
让交变电流和恒定电流分别通过相同的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，这个恒定电流的数值就是交变电流的有效值。正弦式交变电流 E = Em/√2、U = Um/√2、I = Im/√2。计算电热、电功率，以及交流电表的读数、用电器铭牌上的额定值，用的都是有效值；判断电容器能否被击穿要看峰值。
滑环与换向器
线圈中产生的始终是交变电流。用两个滑环把它原样引出，外电路得到交流电；如果把两个滑环换成换向器（两个彼此绝缘的半环），每当线圈经过中性面，两个电刷所接的线圈端就对调一次，外电路中的电流方向不再改变，但大小仍在变化，叫脉动直流——这就是直流发电机。它和直流电动机结构相同，原理相反。
变压器
变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成：与电源相连的叫原线圈（初级线圈），与负载相连的叫副线圈（次级线圈）。原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个磁通量同时穿过副线圈，在副线圈中产生感应电动势——这就是互感。铁芯把磁感线几乎全部约束在里面，使两个线圈的每一匝中磁通量的变化率相同，于是 U₁/U₂ = n₁/n₂。
没有能量损失的变压器叫理想变压器，输入功率等于输出功率 P₁ = P₂，即 U₁I₁ = U₂I₂，所以只有一个副线圈时 I₁/I₂ = n₂/n₁。n₂ > n₁ 是升压变压器，n₂ < n₁ 是降压变压器。要注意因果关系：U₂ 由 U₁ 和匝数比决定；I₂ 由 U₂ 和负载决定；P₁ 由 P₂ 决定，负载断开时原线圈中几乎没有电流。原线圈接恒定的直流电时铁芯中磁通量不变，副线圈中没有感应电动势，变压器不能改变直流电压。
规律总表
| 位置 / 量 | 磁通量 Φ | 感应电动势 e | 说明 |
|---|---|---|---|
| 中性面（线圈平面 ⊥ B） | 最大 BS | 0 | 不切割磁感线；电流方向在此改变 |
| 线圈平面 ∥ B | 0 | 最大 Em = NBSω | 两边垂直切割磁感线 |
| 从中性面计时 | Φ = BS cos ωt | e = Em sin ωt | 从平行位置计时则 e = Em cos ωt |
| 有效值 | E = Em/√2；电表读数、额定值、电热计算用有效值 | ||
| 理想变压器 | U₁/U₂ = n₁/n₂，I₁/I₂ = n₂/n₁，P₁ = P₂，频率不变；不能改变直流电压 | ||
用这个模型做实验
- “交流发电机”：看电流计指针左右摆动；点“前进 T/4”，每次停在一个关键位置，对照端视图和下方 Φ-t、e-t 图像，找出 Φ 最大而 e = 0 的位置（中性面）。
- 盯住 AB 边上的金色电流箭头：线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，转一圈改变几次？
- 分别调大匝数 N、磁场 B、转速 n，看 Em = NBSω 怎样变化；转速变了，周期和频率也跟着变。
- “计时起点”换成“线圈平面 ∥ 磁感线”，图像从峰值开始，表达式由 sin 变成 cos。
- 把输出方式换成“换向器”：线圈中仍是交流，外电路的电流计指针只向一侧偏，图像变成脉动直流。
- “变压器”：点各个示例，比较 U₂、I₁、I₂；把负载开关断开，原线圈电流变为零；再换成直流电源，灯泡熄灭，副线圈电压为零。
常见问题
交变电流是怎样产生的？
把矩形线圈放在匀强磁场中，让它绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈的 AB、CD 两边切割磁感线，线圈中就产生感应电动势；线圈每转一周，电动势的大小和方向都周期性变化，这就是交变电流（交流电）。交流发电机就是按这个原理制成的，它把机械能转化为电能，通过两个滑环和电刷把交变电流引到外电路。
什么是中性面？线圈经过中性面时有什么特点？
线圈平面与磁感线垂直的位置叫中性面。线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但两条边的速度方向与磁感线平行，不切割磁感线，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈每经过一次中性面，电流方向就改变一次，转一周电流方向改变两次。线圈平面与磁感线平行时恰好相反：磁通量为零，感应电动势最大。
交变电流的瞬时值表达式怎么写？
先求峰值 Em = NBSω（N 为匝数，S 为线圈面积，ω = 2πn 为角速度）。从中性面开始计时，t = 0 时电动势为零，e = Em sin ωt；从线圈平面与磁感线平行开始计时，t = 0 时电动势最大，e = Em cos ωt。峰值与转轴在线圈平面内的位置、线圈形状无关，只要转轴与磁场垂直。电流 i = e/(R + r)，外电阻两端电压 u = iR。
什么是交变电流的有效值？正弦交流电的有效值和峰值是什么关系？
让交变电流和恒定电流分别通过阻值相同的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，这个恒定电流的数值就叫交变电流的有效值。正弦式交变电流的有效值等于峰值除以 √2：E = Em/√2，U = Um/√2，I = Im/√2。家庭电路的 220 V、用电器铭牌上的额定值、交流电表的读数都是有效值，220 V 交流电的峰值约为 311 V。
变压器的工作原理是什么？为什么不能改变直流电压？
变压器由闭合铁芯和绕在上面的原线圈、副线圈组成，原理是互感：原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个变化的磁通量也穿过副线圈，在副线圈中产生感应电动势。如果原线圈接恒定的直流电，铁芯中的磁通量不变，副线圈中没有感应电动势（只在接通、断开的瞬间有），所以变压器不能改变直流电压。
理想变压器的电压、电流与匝数有什么关系？
理想变压器的原、副线圈电压之比等于匝数之比：U₁/U₂ = n₁/n₂；没有能量损失，输入功率等于输出功率 P₁ = P₂；只有一个副线圈时，电流之比等于匝数的反比：I₁/I₂ = n₂/n₁。n₂ > n₁ 为升压变压器，n₂ < n₁ 为降压变压器。副线圈电压由原线圈电压和匝数比决定，原线圈电流和输入功率由副线圈的负载决定；原、副线圈中交变电流的频率相同。
适用课程
人教版高中物理选择性必修第二册第三章“交变电流”：第 1 节“交变电流”（交变电流的产生、中性面、交流发电机）、第 2 节“交变电流的描述”（周期和频率、峰值和有效值、正弦式交变电流的公式和图像）、第 3 节“变压器”（变压器的原理、电压与匝数的关系、理想变压器）；也可配合人教版初中物理九年级第二十章第 5 节“磁生电”中的发电机，以及其他版本教材的相关内容。常见题型有“中性面与平行位置的特点”“写瞬时值表达式”“求有效值与电表读数”“变压器的电压、电流、功率与匝数的关系”“变压器的动态分析”等。