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交流电的变化规律 习题课 高二物理组,交流电的变化规律 一、交变电流的产生： 二、交变电流的变化规律: 三、表征正余弦交变电流的物理量: 四、电感和电容对交变电流的影响:?,一、交变电流的产生： 闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于场强方向的轴转动产生的电流随时间作周期性变化，称交变电流,式中的e 随着时间而变化，不同的时刻有不同的数值，叫做电动势的瞬时值，Em是电动势能达到的最大值 上式表明，电动势是按照正弦规律变化的,设线圈平面从中性面开始转动，角速度是经过 时 间t，线圈转过的角度是t， e2BLvsint= 2BL L/2 sint= BSsint 令EmB S，我们得到 e=Emsint 若线圈有N匝,则 EmNB S,二交变电流的变化规律 （1）函数表达式：,只含有电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交流电路设闭合电路的总电阻为R，则电流的瞬时值 ie/R（Em/R）sint， 其中Em/R为电流的最大值，用Im表示，于是有 i=Imsint （2） 可见，感应电流也是按正弦规律变化的,（2）图像：,D,解:,Em = 0 =NB S, = 2, 0 NB S = 2NB S =20,思考1. 图中的电流i 随时间t 变化的图像中,表示交流电的是( ).,B C D,b,三. 表征正弦交变电流的物理量,各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电流表和交流电压表测量的数值，也都是有效值以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都是指有效值,1. 交变电流的最大值（Im和Um） 它是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低.,2. 交变电流的有效值 它是根据电流的热效应来规定的让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值,正弦交变电流的有效值与最大值之间有如下的关系：,3.周期和频率,a. 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变电流的周期，通常用T表 示，单位是s,b. 频率 交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹（Hz）,c. 周期和频率的 关系是,=2/T= 2f,d. 转速 单位时间线圈转过的转数.单位为 r/s 或 r/min,思考2 .图中是某一非正弦交流电电流随时间变化的图像，此交流电的有效值是 .,Q直=I2 RT,根据有效值的定义， 由Q直= Q交，得到,5A,练习1. 一个电热器接在10V直流电源上，发热消耗功率为P，若把它改接在交流电源上，要使它发热消耗的功率为 P/2 ，则交流电压的最大值是 （ ） (A)5V； (B)7.07V； (C)10V； (D)14.1V.,解：P=U12 /R U1=10V,P/2=U22 /R,交流电的最大值 U2m=10V,交流电的有效值,C,练习2. 两个完全相同的电热器，分别通以如图所示电流，最大值相同的方波交流电流和正弦交流电流，则这两个电热器的电功率之比Pa：Pb为（ ） (A)1： (B)2： (C) 2：1 (D) ：1,C,解：P=I 2R,I 1=I m,I 2 = I m,P1 / P2 =2:1,例2. 图中是某一交流电电流随时间变化的图像，此交流电的有效值是 .,解: 周期为0.03s,后1/3T内的有效值为,Q=I1 2 R2/3 T+ I22 R1/3 T=25RT=I2 RT, I=5A,前2/3T内的有效值为,5A,i/ A,t/ 0.01s,练习3. 图中是两个非正弦交流电电流随时间变化的图像，它们的最大值都是10A,它们的有效值分别是：,画出一般的交流电 图象如C图示,A图的有效值与C 图相同： IA =7.07A,B图: Q=I1 2 RT/2+0 =IB 2 RT,I1 =7.07A,IB=5A,例3. 如图所示，abcd是交流发电机的矩形线圈, ab=30cm,bc=10cm, 共50匝, 它在B=0.8T的匀强磁场中绕中心轴OO顺时针方向匀速转动，转速为480r/min,线圈的总电阻为r=1,外电阻为R=3 ,试求:,1.若线圈从图示位置开始计时,沿abcd流动的方向为正方向,画出交流电流的图象.,2.线圈从图示位置转过1/4 转的过程中,电阻R上产生的热量和通过导线截面的电量,3.电流表和电压表的读数.,4.从图示位置转过180过程中 的平均感应电动势,解：,从中性面开始计时， 有,e=E m sin t ，,其中Em = NB S, =2n=2 480/60=16, Em = NBS =60.3V,Im = Em /（R+r）=15.1A,注意到从开始转动时产生的感应电流沿dcbad方向，与规定方向相反，为负值。,i = - Im sin t= -15.1 sin 16t （A）,T=2/=1/8 s,图线如图示,2. 有效值为,转过900的过程中电阻R上产生的热量为,Q=I2 R t= I2 R T/4=10.7J,感应电流的平均值为,转过900的过程中通过导线横截面的电量为,注意: 计算热量用有效值 计算电量用平均值,3.电流表和电压表的读数,I=10.7A,4.求从图示位置转过180过程中的平均感应电动势,解：由法拉第电磁感应定律,注意：1.从图示位置转过180过程中，磁通量的方向从正向到反向，= - 2BS0 2.不同时间段的平均值不同，从中性面转过90或 180过程中的平均感应电动势等于2Em /。,练习3. 如图所示，边长为L,电阻为R的单匝正方形线圈abcd，在磁感应强度为B的匀强磁场中,以cd边为轴以角速度作匀速转动，转动方向如图, cd边与磁场方向垂直.求: (1)当它从图示位置转过900的过程中产生的热量 (2)当它从图示位置转过900的过程中通过导线横截面的电量 (3)ts内外界驱动线圈所做的功( t 2/),解:,产生的感应电动势的最大值,Em =BL 2,有效值为E =0.707 BL 2,1. 转过900的过程中产生的热量为(t=1/4 T= 1/4 2/),Q=E2 tR=B2 2L 4/R1/4 2/= B2 L 4 4R,感应电流的平均值为,2. 通过导线横截面的电量,注意:计算热量用有效值 计算电量用平均值,3. 求ts内外界驱动线圈所做的功 (t2/) 感应电动势的最大值 Em =BL 2,有效值E= / 2 BL 2,W=Pt=E2 t/R= B2 2 L 4 t /2R,例,.,正弦交流电压,u,=50sin314t,伏加在一氖管的两端，,已知当氖管两端的电压达到,25,伏时才开始发光，,则此氖管在一个周期内发光的总时间为：,(,),(,A)0.02,秒；,(,B)0.0025,秒；,(,C)0.01,秒；,(,D)0.005,秒。,例,4.,正弦交流电压,u,=50sin314t,伏加在一氖管的两端，,已知当氖管两端的电压达