交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律解讀課件

1、1 交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律當(dāng)閉合矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線的軸線做勻角速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生如圖所示如果線圈從如圖所示位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流和路端電壓將按 什么規(guī)律變化?1、產(chǎn)生交變電流的幾種形式:（1）、輻射磁場(chǎng)式:365頁(yè)例3366頁(yè):（2）、磁場(chǎng)全滿式（3）、直棒切割式2中性面當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)至線圈平面垂直于磁感線位置時(shí)，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這個(gè)特定位置叫做中性面應(yīng)注意：中性面在垂直于磁場(chǎng)位置線圈通過中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大線圈平面通過中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零線圈平面每轉(zhuǎn)過中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流方向改變一次，轉(zhuǎn)動(dòng)一周線圈兩次通

2、過中性面，故一周里線圈中電流方向改變兩次實(shí)際應(yīng)用：368頁(yè)6368頁(yè)7368頁(yè)8369頁(yè)2二、描述交變電流的物理量1、瞬時(shí)值： 生活中用的市電電壓為220V，其最大值為220V=311V（有時(shí)寫為310V），頻率為50HZ，所以其電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=311sin314tV。 【例1】有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=84V，試估算在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長(zhǎng)？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？(取 = 1.4) 如圖所示，畫出一個(gè)周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的

3、時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1，當(dāng)U=U0=60V時(shí)，由上式得t1=1/600s，再由對(duì)稱性求得一個(gè)周期內(nèi)能發(fā)光的時(shí)間：t=T-4t1= 再由比例關(guān)系求得一小時(shí)內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時(shí)間為： t= 很明顯霓虹燈在工作過程中是忽明忽暗的，而熄滅的時(shí)間只有1/300s（如圖t2時(shí)刻到t3時(shí)刻）由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個(gè)視覺暫留時(shí)間約1/16s為遠(yuǎn)大于1/300s，因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會(huì)因?yàn)槎虝旱南缍兴杏X。2、最大值： 也叫峰值，它是瞬時(shí)值的最大者 【例2】把一電容器C接在220V的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器C的耐壓值是多少 【例3】 電學(xué)元件的正

4、確使用，對(duì)電路安全工作起著重要作用。某電解電容器上標(biāo)有“25V ，450F”字樣，下列說法中正確的是 A.此電容器在交流、直流電路25V的電壓時(shí)都能正常工作B.此電容器只有在不超過25V的直流電壓下才能正常工作C.當(dāng)工作電壓是直流25V時(shí)，電容才是450FD.若此電容器在交流電壓下工作，交流電壓的最大值不能超過25V 3、平均值： 【例3】如圖所示，線圈匝數(shù)N，面積S，電阻R，求線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60角的過程中，通過線圈某一橫截面的電量.4、有效值： 交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的

5、有效值。正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是： ，對(duì)于非正弦電流的有效值以上關(guān)系不成立，應(yīng)根據(jù)定義來求 通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測(cè)得的，都是指有效值 用電器上所標(biāo)電壓、電流值也是指有效值. 在計(jì)算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用有效值。例4將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長(zhǎng)為l，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向如圖的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，外電路有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計(jì)，燈泡的電阻應(yīng)為(2l2nB)2/P 2(l2nB)2/P(l2nB)2/2P (l2nB)

6、2/PbaBlB應(yīng)用：371頁(yè)例5例6373頁(yè)3373頁(yè)2373頁(yè)7三、理想變壓器:1理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征:構(gòu)造： 兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器 作用： 在輸送電能的過程中改變電壓 原理： 其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 特征： 正因?yàn)槭抢秒姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交變電壓但交流電的頻率是不變的. 理想變壓器的兩個(gè)基本公式： ，即對(duì)同一變壓器的任意兩個(gè)線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比 P入=P出，即無(wú)論有幾個(gè)副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。注意： 變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到： ，即在輸

7、入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的R表示負(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”?！柏?fù)載”表示副線圈所接的用電器的實(shí)際功率。實(shí)際上，R越大，負(fù)載越?。籖越小，負(fù)載越大。這一點(diǎn)在審題時(shí)要特別注意。【例5】理想變壓器初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實(shí)際功率為36W，測(cè)得初級(jí)線圈的電流為I1=0.3A，求通過n3的負(fù)載R的電流I3。n2 Ln3 R220Vn1I3=0.03A 【例6】在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上

8、的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個(gè)圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是AAAA零線火線火線零線零線火線零線火線A. B. C. D.例7鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖4（a）所示。圖4（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A 。圖4（b）中用同一電纜線繞了3匝，則這種電流表能測(cè)直流電流，圖4 （b）的讀數(shù)為2.4A這種電流表能測(cè)交流電流，圖4 （b）的讀數(shù)為0.4A這種電流表能測(cè)交流電流，圖4 （b）的讀數(shù)為3.6A這種電流表既能測(cè)直流電流，又能 測(cè)交流電流，圖4（b） 的讀數(shù)為3.6A 圖4（a） A鐵芯 圖4（b）C【例8】如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，U1為

9、加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則A.保持U1及P的位置不變，K由a合到b時(shí)，I1將增大B.保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，R消耗的功率減小C.保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D.保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大ABD閱讀:375頁(yè)-379頁(yè)例14380頁(yè)1378頁(yè)例12四、遠(yuǎn)距離輸電:功率之間的關(guān)系是： P1=P1/，P2=P2/，P1/=Pr+P2。電壓之間的關(guān)系是 電流之間的關(guān)系是 【例9】 在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)坑口電站，輸送的電功率為P=500kW，當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時(shí)，測(cè)得安裝在輸電

10、線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：這時(shí)的輸電效率和輸電線的總電阻r。若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？解；由于輸送功率為P=500kW，一晝夜輸送電能E=Pt=12000度，終點(diǎn)得到的電能E /=7200度，因此效率=60%。輸電線上的電流可由I=P/U計(jì)算，為I=100A，而輸電線損耗功率可由Pr=I 2r計(jì)算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20。 輸電線上損耗功率 ，原來Pr=200kW，現(xiàn)在要求Pr/=10kW ，計(jì)算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U / =22.4kV。五、電磁場(chǎng):1麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論麥克

11、斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱： 變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。(1)均勻變化的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)（磁場(chǎng)）； (2)振蕩的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）能夠在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)（磁場(chǎng)）； 2電磁場(chǎng)： 按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場(chǎng)，稱為電磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)只是這個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的兩種具體表現(xiàn)。例10關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列說法正確的是:電磁波是橫波 電磁波的傳播需要介質(zhì)電磁波能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向處處相互垂直 ACD3電磁波:變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播開去，就形成了電磁波。（1）

12、有效地發(fā)射電磁波的條件是： 頻率足夠高（單位時(shí)間內(nèi)輻射出的能量Pf 4）； 形成開放電路（把電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間里去）。（2）電磁波的特點(diǎn)：電磁波是橫波 電磁波的傳播不需要介質(zhì)， 波速和波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系：cf注意：麥克斯韋根據(jù)他提出的電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在4無(wú)線電波的發(fā)射和接收:（1）無(wú)線電波：無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波（2）無(wú)線電波的發(fā)射：如圖所示。調(diào)制：使電磁波隨各種信號(hào)而改變調(diào)幅和調(diào)頻（3）無(wú)線電波的接收電諧振： 當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振。 調(diào)諧： 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。調(diào)諧電路如圖所示。通過改變電容器電容來改變調(diào)諧電路的頻率。 檢波： 從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號(hào) 4.電磁波的應(yīng)