交流电是怎样产生的.ppt

《交流电是怎样产生的.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流电是怎样产生的.ppt（55页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章 交变电流交变电流3.2 3.2 交变电流是怎样产生的交变电流是怎样产生的高中物理高中物理高中物理高中物理选修选修选修选修3 3 3 32 2 2 2莆田第五中学物理组莆田第五中学物理组林剑峰林剑峰R直流电源直流电源R交流电源交流电源I I在在 t 时间内产生的热量为时间内产生的热量为Q在在同个电阻同个电阻R上、上、相同时间相同时间t内，产生内，产生相同的热量相同的热量Q0t/sUm或或I ImU或或I I注意：非正弦注意：非正弦（或余弦）（或余弦）交流的有效交流的有效值值和峰和峰值值之之间间无此关系无此关系。t/st/sU或或I IU或或I I其他波样其他波样正弦半波正弦半波正弦

2、单向脉动正弦单向脉动例例1：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。的有效值。上面演示几种方式都能产生交变电流。我们也把能将机械能转化为电能的装置称为发电机。发电机磁体与闭合导体间的相对运动方式一般采用旋转式如何产生交变电流？交流发电机磁极磁极电枢（线圈）有些发电机的磁极是用电磁铁，这种发电机称为励磁发电机发电机根据旋转主体不同可分为：旋转电枢式发电机旋转磁极式发电机发电机中转的称为发电机中转的称为转子转子，不转的称为，不转的称为定子定子交流发电机受条件限制，一般提供低于500V电压旋转电枢式发电机旋转磁极式发电机能提供高达几万V的电压，常是大

3、型发电机采用的方式问题问题1.在线圈转动过程中在线圈转动过程中,哪些边在切割磁感线哪些边在切割磁感线?a(b)(c)dv1v2acdHFb问题问题2.2.这两条边是否一直在切割这两条边是否一直在切割?中性面的概念a(b)(c)dv3v4abcdHF没有边切割磁感线没有边切割磁感线中性面：中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面BS，最大，最大，E=0,I=0问题问题3.若若单匝单匝线框所处位置与中性面垂直线框所处位置与中性面垂直,设磁感应强设磁感应强 度大小为度大小为B,ab边和边和cd边长均为边长均为L1,ad边和边和bc边长为边长为L2,线框绕线框绕

4、垂直于磁场垂直于磁场并且过并且过ad和和bc边中点的轴旋转边中点的轴旋转,角速度大小为角速度大小为.问问:ab边和边和cd边切割产生的电动势分边切割产生的电动势分别是多大别是多大?acdHFa(b)(c)dv5v6中性面中性面问题问题4.整个单匝整个单匝线框在与线框在与中性面垂直中性面垂直位位置时产生的感应电动势是多大置时产生的感应电动势是多大?a(b)(c)dv5v6E=Eab+Ecd=BL1v5+BL1v6=BL1L2=Bs思考思考:磁通量是多大磁通量是多大?acdHF中性面中性面问题问题5.若若单匝单匝线框从中性面开始转动线框从中性面开始转动,经过一段时经过一段时间间t,在在这一时刻这一

5、时刻整个线框产生的电动势又是多大整个线框产生的电动势又是多大?V7V8acdHF中性面中性面V7V8acdHFb中性面中性面瞬时值瞬时值峰值峰值问题问题6.若若n匝匝线框从中性面开始转动线框从中性面开始转动,经过一段时经过一段时间间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?V7V8acdHFb中性面中性面问题问题7.若有若有n匝线框在匀速转动匝线框在匀速转动,整个线框的总电阻整个线框的总电阻为为r,外电阻为外电阻为R,则通过则通过R的电流和加在的电流和加在R两端的电压两端的电压分别是多少分别是多少?V7V8vui中性面中性面瞬时值瞬时值瞬时值瞬时值峰值峰

6、值峰值峰值问题问题8.前面是用表达式表示交流电的变化规前面是用表达式表示交流电的变化规律律,怎样用图象表示交流电的变化规律怎样用图象表示交流电的变化规律?cbdaaaaabbbddddcccttT3T/4T/2T/4O3/2/22eEm=nBsEm作图时规定感应电动势正方向为作图时规定感应电动势正方向为dcbadcbdaaaaabbbddddcccttT3T/4T/2T/4O3/2/22iImcbdaaaaabbbddddccc作图时规定感应电流正方向为作图时规定感应电流正方向为dcbad思考：线圈在什么位置电流方向会发生思考：线圈在什么位置电流方向会发生 改变？改变？NSSNeto+NSSN

7、eto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+SSNeto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+NSSNeto+最大值e=BLVsin w wtEmteo+峰值 公式 e=Em sin w wt i=Im sin w wt图形交变交变电流是按正弦规律变化的，叫做电流是按正弦规律变化的，叫做正弦式电流。e(i)e(i)to+(线圈处于中性面位置时开始计时线圈处于中性面位置时开始计时线圈处于中性面位置时开始计时线圈处于中性面位置时开始计时)思考思考：若线框从：若线框从垂直中性面开始计时垂直中性面开始计时，在在t

8、t时刻线圈中的感应电动势？并画出图象。时刻线圈中的感应电动势？并画出图象。e=nBscost=EmcostttT3T/4T/2T/4O3/2/22eEm(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，简称大小和方向随时间作周期性变化的电流，简称交流交流。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交流电正弦交流电。（二）正弦交流电的产生及变化规律（二）正弦交流电的产生及变化规律 当线圈在当线圈在匀强磁场匀强磁场中中绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴匀匀速转动速转动并且从中性面开始计时，线圈中产生的交流是并且从中性面开始计时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规

9、律变化的，即正弦交流。随时间按正弦规律变化的，即正弦交流。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。这一位置穿。这一位置穿过线圈的过线圈的磁通量最大磁通量最大，但线圈的，但线圈的磁通量变化率为零磁通量变化率为零，线圈中线圈中无感应电动势无感应电动势。1 1、产生：、产生：2 2、中性面：、中性面：小结小结:4 4、规律：、规律：函数表达式：函数表达式：从中性面开始计时从中性面开始计时在在纯电阻电路纯电阻电路中中:电流电流:电压电压:电动势电动势:3 3、方向变化规律、方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一一次，感应电流的次，感应电流的方向就改变方向就改变一次；

10、线圈转动一次；线圈转动一一周周，感应电流的方向改变，感应电流的方向改变两次两次。【练习练习1】某交流发电机产生的感应电动势与时间的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，仅使线圈的转速关系，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周期分别变为（加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（）A400V，0.02s B200V,0.02sC400V,0.08s D200V,0.08s类比延伸类比延伸如图所示，如图所示，ABC 是由均匀细导线制成面积为是由均匀细导线制成面积为S的等的等边三角形线框，它以边三角形线框，它以 AC 为转轴，在磁感

11、应强度为为转轴，在磁感应强度为 B 的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度转动（俯视转动（俯视为逆时针旋转）为逆时针旋转）,磁场方向与磁场方向与 AC 垂直指向纸内请垂直指向纸内请写出从这一时间开始计时写出从这一时间开始计时,感应电动势随时间变化的感应电动势随时间变化的关系式关系式.ACBACBe=nBSsint（n=1）思考：线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴旋转切思考：线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴旋转切割产生的电动势与线圈的形状是否有关？割产生的电动势与线圈的形状是否有关？练习练习3一个电阻接在一个电阻接在10V的直流电源上，的直流电源上，它的发热功率是它的发热功率是P

12、，当接到电压为当接到电压为u=10sintV的交流电源上，它的发热功率的交流电源上，它的发热功率-（）A0.25P B0.5P CP D2PB练习练习3：如图所示，共：如图所示，共n匝、阻值为匝、阻值为r、边长为、边长为L的正方形的正方形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为感应强度为B，线圈轴线，线圈轴线OO与磁场边界重合。线圈按图与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动，转动的角速度为示方向匀速转动，转动的角速度为。开始计时的时刻，开始计时的时刻，线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿a

13、bcd为正方为正方向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙）向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙）中的中的【例例4】如图所示，矩形线圈的匝数为如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为线圈面积为S，线圈内阻为线圈内阻为r，在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中绕的匀强磁场中绕OO轴以角速度轴以角速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R。在线圈在线圈由图示位置转过由图示位置转过90的过程中，求：的过程中，求：(1)通过电阻通过电阻R的电量的电量q；解析：解析：在此过程中，穿过线圈磁通量变化在此过程中，穿过线圈磁通量变化所用时间所用时间产生的平均电动势为产生的平均电动势

14、为平均电流为平均电流为 通过通过R的电量的电量（2）电阻）电阻R上产生的焦耳热上产生的焦耳热Q 在此过程中电阻在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的内产生焦耳热的14，【例例5】如图所示，线圈的面积是如图所示，线圈的面积是0.05，共有，共有100匝；匝；线圈电阻为线圈电阻为1，外接电阻外接电阻R9，匀强磁场的磁感应匀强磁场的磁感应强度为强度为B1T，当线圈以当线圈以300r/min的转速匀速旋的转速匀速旋转时，求：转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时表达式；圈中感应电动势的瞬时表达式；解析：解

15、析：(2)线圈转过线圈转过130s时电动势的瞬时值多大；时电动势的瞬时值多大；当当t130s时，电动势的瞬时值时，电动势的瞬时值(3)电路中电压表和电流表示数各是多少。电路中电压表和电流表示数各是多少。电动势的有效值为电动势的有效值为电流表的示数电流表的示数电压表的示数电压表的示数（4）线圈每转过一周，外力所做的功。）线圈每转过一周，外力所做的功。线圈转动一周外力做的功等于电路中线圈转动一周外力做的功等于电路中产生的电能产生的电能T2练习练习6边长为边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以的匀强磁场中，以OO为轴匀速转动，角速度为为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：求：(1)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4的过程中产生的热量的过程中产生的热量Q 解析：解析：(2)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4的过程中通过线圈某截的过程中通过线圈某截面的电量面的电量q 解析：解析：