交變電流上課用21

第二章《交變電流》2.1《交變電流》一、交變電流1、直流電流(DC)方向不隨時(shí)間變化的電流2、交變電流(AC)大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流交變電流是如何產(chǎn)生的呢？二、交變電流的產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)模型1、線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)2、過(guò)程分析（1）在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，那些邊會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？ab邊cd邊（2）怎樣將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖？將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖（3）在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中，AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)？丙轉(zhuǎn)到丁呢？（4）線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最?。](méi)有電流）？線圈轉(zhuǎn)到什么位置，電流最大？由a→b由b→a判斷此位置有沒(méi)有感應(yīng)電流，方向怎么樣？NSVVB⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，Φ最大，但線圈中的電動(dòng)勢(shì)為零判斷此位置有沒(méi)有感應(yīng)電流，方向怎么樣？NSNSB∥SΦ=0E最大I最大感應(yīng)電流方向a到b線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，Φ最小，但線圈中的電動(dòng)勢(shì)最大B⊥SΦ最大V//BE=0I=0中性面B∥SΦ=0V⊥BE、I最大感應(yīng)電流方向b到a思考與討論線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，多少次經(jīng)過(guò)中性面?電流方向改變多少次?.a(b)c(d)O

1.中性面：垂直磁場(chǎng)方向的平面．（1）線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t=0最小，（ab和cd邊都不切割磁感線），線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零．（2）線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，電流將改變方向，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過(guò)中性面，電流方向改變兩次．2.線圈平行與磁感線時(shí)，φ=0,△φ/△t最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。從上面的觀察知道，交流電的電流強(qiáng)度與產(chǎn)生交流電的線圈位置有關(guān)。那么電流強(qiáng)度與線圈位置之間有什么關(guān)系呢？當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到其它任意位置時(shí)，產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)又如何呢？θθv1v2從中性面開始，線框轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ωt

將v分解

v1＝vsimωt

v1⊥B

v2＝vcosωt

v2∥B

eab＝Blvsinωt

a→b

ecd＝Blvsinωt

c→d

即線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝2Blvsinωt

a→b→c→d．這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流．中性面開始計(jì)時(shí)：

e=N2Blvsinωt=Emsinωt＝NBSωsin2πft電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。垂直于中性面開始計(jì)時(shí)：e=Emcosωt電流的瞬時(shí)值：電壓的瞬時(shí)值：eR總EmR總eR總i==sinωt=Imsinωtu=iR=Im

Rsinωt=UmsinωtEm=NBSω交流電變化的規(guī)律三、交變電流的變化規(guī)律

以線圈經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí)，切割邊L1，另一邊L2,推導(dǎo)任意時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)∴令=NBSω則有

e為電動(dòng)勢(shì)在時(shí)刻t的瞬時(shí)值，Em為電動(dòng)勢(shì)的最大值（峰值）NBSω1、電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化2、電流按正弦規(guī)律變化

3、電壓按正弦規(guī)律變化

電流i通過(guò)R時(shí)：成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)四、交流電的圖像

0tEm-Emei0Im-Imt五、交變電流的種類(1)正弦交流電(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓(3)電子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖(4)激光通信中的尖脈沖課堂練習(xí)

１、交變電流：

和

都隨時(shí)間做

的電流叫做交變電流．電壓和電流隨時(shí)間按

變化的交流電叫正弦交流電

２、交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就產(chǎn)生

．大小方向周期性變化正弦規(guī)律正弦交流電

３、當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí)，線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流，這樣的位置叫做

．線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流方向改變

．中性面兩次４、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是ω，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值是Em，那么在任一時(shí)刻t感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e為

．若電路總電阻為Ｒ，則感應(yīng)電流的瞬時(shí)值Ｉ為

．e0Em-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流發(fā)電機(jī)1、組成：轉(zhuǎn)子線圈，定子線圈①用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（電樞）②用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極的線圈2、種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)５、交流發(fā)電機(jī)有兩種，即

、

．其中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫

，不動(dòng)的部分叫

．發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由

、

或其它動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式轉(zhuǎn)子定子水輪機(jī)蒸汽輪機(jī)6、一矩形線圈,繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示,下面說(shuō)法中正確的是A.t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B.t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C.t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大D.每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量絕對(duì)值最小et0t1t2t3t4Em-EmC

7、一臺(tái)發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=400V，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω=314rad/s，試寫出電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件，總電阻為2000Ω，電路中電流的峰值是多少？寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式。解：電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為：e=EmsinWt=400sin314t電流峰值為：Im=Em/R=400÷2000=0.2A電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為：i=ImsinWt=2sin314t

4、一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度100πrad/s。（1）寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。（2）若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成閉合電路，電路的總電阻為100Ω，試寫出通過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式，在t=1/120s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過(guò)180度的過(guò)程中，電動(dòng)勢(shì)的最大值、平均值分別是多少？（4）轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁通量的變化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100πt

（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E

m=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）5.1交變電流小結(jié)1、知道交變電流定義（AC）：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。方向不隨時(shí)間變化的電流為直流電（DC）。辨析電流圖。2、理解交變電流產(chǎn)生的過(guò)程：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流。能畫出四幅過(guò)程圖。垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。

（重點(diǎn)）3、推導(dǎo)和理解交變電流的變化規(guī)律：（重難點(diǎn)）（1）方向變化規(guī)律----線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流的方向就改變一次；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。φ

最大，△φ/△t=0最小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小E=0（2）大小變化規(guī)律----按正弦規(guī)律變化：（能畫出瞬時(shí)線速度分解圖）e=Emsin