交变电流的产生及变化规律.ppt
磁磁电电电磁感应电磁感应你能不能运用电磁感应的知识设你能不能运用电磁感应的知识设计一个发电机的模型计一个发电机的模型 ？W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M第五章第五章 交变电流交变电流直流电直流电(DC)(DC) 方向不随时间变化的电流方向不随时间变化的电流 电池供给的电流电池供给的电流, ,大小和方向都不随时间大小和方向都不随时间变化变化, ,所以属于直流所以属于直流. .交变电流交变电流(AC)(AC)W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M第五章第五章 交变电流交变电流一、交一、交变电流的产生变电流的产生1.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动就产生了交流电动就产生了交流电思考：思考：l线圈在匀强线圈在匀强磁场中转动磁场中转动，线圈里的，线圈里的感应电流为感应电流为什么是交变什么是交变电流呢？电流呢？探探究究实实验验2.2.观察电流方向：线圈转动到什么位置时电流改观察电流方向：线圈转动到什么位置时电流改变方向？变方向？ 线圈转动一周电流方向改变几次？线圈转动一周电流方向改变几次？1.1.观察电流大小：线圈在什么位置电流最大，在观察电流大小：线圈在什么位置电流最大，在什么位置电流最小？什么位置电流最小？ 这时磁通量是最大还是最小？这时磁通量是最大还是最小？一、交一、交变电流的产生变电流的产生1.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动就产生了交流电动就产生了交流电2.2.中性面：中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。线圈平面与磁感线垂直的位置。二、交二、交变电变电流变化的规律流变化的规律用示波器观察灯泡两端电压的图象用示波器观察灯泡两端电压的图象【演示实验演示实验】1 1、按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。、按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。设矩形线圈在磁感应强设矩形线圈在磁感应强度为度为B B的匀强磁场中绕垂直于的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度磁场的轴以角速度匀速转匀速转动。动。abab、cdcd长度为长度为L L1 1，adad、bcbc长度为长度为L L2 2。1.1.线圈转到甲乙两图所示线圈转到甲乙两图所示位置时感应电动势多大位置时感应电动势多大? ?2.2.线圈转到任意位置时感线圈转到任意位置时感应电动势满足什么关系应电动势满足什么关系? ?思考与讨论思考与讨论 二、交二、交变电变电流变化的规律流变化的规律1.1.按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。（E Em m= =NBSNBS）rREm（I Im m= = ）（ U Um m= =I Im mR R ）（中性面开始计时）（中性面开始计时）3.3.图像：图像：二、交二、交变电变电流变化的规律流变化的规律3.3.图像：图像：二、交二、交变电变电流变化的规律流变化的规律4.4.几种交变电流：几种交变电流： 、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做样的位置叫做线圈平面每经过中性线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变转动一周，感应电流方向改变 、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生圈中就会产生 、交变电流：、交变电流：和和 都随时都随时间做间做 的电流叫做交变电的电流叫做交变电流电压和电流随时间按流电压和电流随时间按 变化的变化的交流电叫正弦交流电交流电叫正弦交流电 课堂练习课堂练习 4. 4.线圈从中性面开始转动，角速度是线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是线圈中的感应电动势的峰值是E Em m，那么在任一，那么在任一时刻时刻t t感应电动势的瞬时值为感应电动势的瞬时值为若若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为为 0E Em - -E Emt课堂练习课堂练习5.一线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小et0t1t2t3t4Em-EmC课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习NS三、交流发电机三、交流发电机（阅读课本内容）（阅读课本内容）三、交流发电机三、交流发电机1. 1.基本组成：基本组成：（阅读课本内容）（阅读课本内容）2.2.基本种类：基本种类：电枢电枢 磁极磁极 旋转电枢式发电机旋转电枢式发电机旋转磁极式发电机旋转磁极式发电机交流发电机交流发电机W W W . W A T S O N W Y A T T . C O M第五章第五章 交变电流交变电流复习回顾复习回顾( (一一) )交变电流：交变电流： 大小和方向随时间作周期性变化的电流叫大小和方向随时间作周期性变化的电流叫交变交变电流电流; ;简称简称交流电交流电。 其中按其中按正弦规律正弦规律变化的交流电叫变化的交流电叫正弦式交流电正弦式交流电。 （二）正弦式交流电的产生及变化规律（二）正弦式交流电的产生及变化规律 a.a.匀强磁场匀强磁场, , b. b.绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴, , c.c.匀速转动匀速转动. . 跟磁感线垂直的平面叫做跟磁感线垂直的平面叫做中性面中性面。 1 1、产生条件：、产生条件：2 2、中性面：、中性面：a.a.磁通量最大磁通量最大，b.b.磁通量变化率为零磁通量变化率为零，无感应电动势无感应电动势c.c.每经中性面电流方向改变一次，一周改变两次每经中性面电流方向改变一次，一周改变两次。复习回顾复习回顾3 3、正弦交流电的变化规律：、正弦交流电的变化规律：（1）公式法：从中性面开始计时公式法：从中性面开始计时 瞬时电动势瞬时电动势 e=Emsint Em=NBS 瞬时电流瞬时电流 i=Imsint 瞬时电压瞬时电压 u=Umsint （2）图象法：如图所示图象法：如图所示rREmIm=（ Um=ImR ）一、周期和频率一、周期和频率1.1.周期周期: :符号符号: :单位单位: :2.2.频率频率: :符号符号: :单位单位: : 我国生产和生活所用交流电的周期我国生产和生活所用交流电的周期 T T=_s s，频率频率f= f= _HzHz，角速度，角速度=_=_ _rad/srad/s，在在1s1s内电流的方向内电流的方向变化变化_次。次。0.0250100100生活常识：生活常识：二、最大值和有效值二、最大值和有效值1.1.最大值：（峰值）最大值：（峰值）交变电流在一个周期内所能达到的交变电流在一个周期内所能达到的最大数值最大数值1 1）SBSB时，时， E Em m= =NBSNBS2 2）反映交变电流的变化范围及各物理量所）反映交变电流的变化范围及各物理量所能达到的最大峰值能达到的最大峰值3 3）电容器上的标称电）电容器上的标称电压值（耐压值）是电容压值（耐压值）是电容器两极间所允许电压的器两极间所允许电压的最大值最大值1.直流电与交流点的效果是否一样？直流电与交流点的效果是否一样？思考与讨论思考与讨论2.2.若使它们发光情况一样，比较灯泡若使它们发光情况一样，比较灯泡两端的电压有什么特点？两端的电压有什么特点？交流与探讨：交流与探讨：问题问题1 1：如图所示电流：如图所示电流I=2A通过一个通过一个R=2的电的电阻。它是恒定电流。怎样计算通电阻。它是恒定电流。怎样计算通电1S内电阻内电阻R R中中产生的热量产生的热量? ?01232i/At/s4JJRtIQ812222解：根据焦耳定律得：解：根据焦耳定律得：交流与探讨：交流与探讨：问题问题2 2：如图所示电流：如图所示电流I I通过一个通过一个R=1 1的电阻。的电阻。它不是恒定电流。它不是恒定电流。1. 1. 怎样计算通电怎样计算通电1 1s内电阻内电阻R R中产生的热量中产生的热量? ?2. 2. 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻过这个电阻R R也能在也能在s内产生同样的热量，这个内产生同样的热量，这个电流是多大？电流是多大？-212i/At/s-100.51二、最大值和有效值二、最大值和有效值 2. 2.有效值：有效值：（根据电流的热效应规定）（根据电流的热效应规定） 1 1）让交流电和直流电通过让交流电和直流电通过相同相同阻值的电阻值的电阻，如果它们在阻，如果它们在相同相同的时间内产生的热量的时间内产生的热量相相等等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。的有效值。 （抓三同抓三同 ）有效值有效值各种交流电器设备上的标示值及交流电各种交流电器设备上的标示值及交流电表上的测量值都指表上的测量值都指有效值有效值有效值有效值二、最大值和有效值二、最大值和有效值3.3.正弦交流电最大值和有效值的关系：正弦交流电最大值和有效值的关系：mmEEE707. 02 mmIII707. 02 mmUUU707. 02 三、相位和相位差三、相位和相位差 阅读课文相关内容，填空： t初相位初相位相位差相位差常数常数1. 100匝矩形线圈，两边的长度分别是匝矩形线圈，两边的长度分别是0.2m和和0.1m,磁感应强度磁感应强度B=1T,转速转速=5rad/S,则线圈则线圈中产生的感应电动势最大值为中产生的感应电动势最大值为 V,从中从中性面开始转动的交流电动势瞬时值表达式为：性面开始转动的交流电动势瞬时值表达式为： e= V,有效值为有效值为 V。1010sin5t 52课堂练习课堂练习 某交流发电机产生的感应电动势与时间某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示，如果其它条件不变，仅使的关系如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为周期分别变为 V和和 s，该交流电的感应该交流电的感应电动势的有效值变为电动势的有效值变为 V，瞬时值表达式瞬时值表达式为为 。e/Vt/10-2s0100-100246课堂练习课堂练习 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180的过程中，转动过程中磁通的过程中，转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？量的变化率最大值是多少？（4）电动势的最大值、平均值、有效值分别是多少？）电动势的最大值、平均值、有效值分别是多少？答案答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3） /t=311/N（Wb/s）（4） E m=311V E=N/t=2NBS/198V课堂练习课堂练习Em=NBS 2.2.交变电流的图像交变电流的图像et0Em-EmT/2T3T/2mmEEE707. 02 tNE Em，TT=2/
