2018版第2章2.1怎样产生交变电流..

1、1 2.1 怎样产生交变电流 学习目标 1. 知道交流发电机的结构. 2. 理解交变电流的概念及产 生原理.（难点） 3. 掌握交变电流的变化规律 及两种表示方法.（重点） 4. 掌握交变电流的中性面， 最大值、瞬时值及方向的变 化.（难点） 先填空 1. 定义 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流. 2. 正弦式交变电流 当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时, 线圈中产生的交变电流 的电流和电压都按正弦函数规律变化，这种电流叫正弦式交变电流. 再判断 1. 变化的电流都是交变电流.（X） 2. 恒定电流的大小方向都不变，所以它是直流电. （V） 3. 线圈只要在

2、匀强磁场中匀速转动就能产生正弦式交变电流. （X ） 交变电流与发电机 正弦式交变电流感应电册円 e = 2BLiin tuf 基础初探 知识脉络 两类发軸 ihQ 門交变电涮一止强式交电流 I 族转电枫式发硕 2 后思考 1. 如何区分直流电与交变电流？3 【提示】 区分直流电和交变电流的唯一标准是看电流的方向是否随时间变 化.不变的是直流电，变化的是交变电流. 2 所有的交流电都是正弦交变电流吗？ 【提示】 不是.只有按正弦规律变化的电流才是正弦交变电流. - O 核心突破O - 合作探讨 如图 2-1-1 所示，图甲为小灯泡接到干电池上，图乙为小灯泡接到手摇模型 发电机的输出端. 甲 乙

3、 图 2-1-1 探讨 1:闭合开关，手摇发电机的手柄，两灯泡的发光情况有什么不同？这 种现象能够说明什么？ 【提示】 图甲小灯泡亮度不变，图乙小灯泡亮度不断变化，说明图乙中发 电机的输出电流大小是变化的. 探讨 2:若把电流表接到图乙中发电机的输出端，观察电流表指针的摆动情 况，其摆动情况能说明什么问题？ 【提示】电流表的指针随线圈的转动不停地在 “0”刻度线两侧左右摆动， 说明发电机的输出电流的大小和方向是周期性变化的. 核心点击 1 电流分类：按电流的方向是否变化分直流和交流两种，方向不变的电流 称为直流，方向变化的电流称为交流. 4 2 直流分类：分为恒定电流和脉动直流，其中大小、方向

4、都不随时间改变 的电流叫恒定电流，方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流.5 3交流分类：按交流电图像特点分正弦 （或余弦）式交变电流、矩形波交变 电流、锯形波交变电流等 - O题组冲关 O - 1. 侈选）如图所示图像中属于交流电的有（） 【解析】 D 图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化. A、 B、C 图中的电流方向均发生了周期性变化. 【答案】 ABC 2. 侈选）关于交变电流和直流电的说法中，正确的是 （ ） A .如果电流的大小做周期性变化，则一定是交变电流 B. 直流电的大小可以变化，但方向一定不变 C .交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D.方向随时间

5、变化的电流属于交变电流 【解析】 直流电的方向不发生变化，而大小可以改变，A 错误，B 正确.交 变电流是指方向发生周期性变化的电流， 可以是锯齿形、矩形波形、尖脉冲波形 以及正弦波形等，这些都属于交变电流. C 错误，D 正确. 【答案】 BD 3. 侈选）对于如图 2-1-2 所示的电流 i 随时间 t 做周期性变化的图像，下列 说法中正确的是（） 6 A .电流大小变化，方向不变，是直流电 B. 电流大小、方向都变化，是交流电 C. 电流最大值为 0.2 A,周期为 0.01 s D. 电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电 【解析】 从题中可以看出，电流最大值为 0.2 A,周期

6、为 0.01 s,电流大小 变化，但方向不变，是直流电，不是交流电. 【答案】 AC 名师r - (1)交变电流的大小不 交变电流与直流电的本质区别 定变化， 如方形波交变电流， 其大小可以是不变的; 直流电的大小不一定不变. (2)交变电流与直流电的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化，而 直流电的方向不变. 基础初探- 先填空 1. 基本组成 由产生感应电动势的线圈(电枢)和产生磁场的磁体组成. 2. 发电机的基本种类 (1) 旋转电枢式发电机：电枢旋转，磁极不动：提供 500 V 以下的电压. (2) 旋转磁极式发电机：磁极旋转，电枢不动：提供几千到几万伏的电压， 输出功率可达几十万

7、千瓦. 3. 中性面 线圈平面与磁感线垂直的位置，此位置磁通量最大，感应电动势为零. 4. 表达式 7 若从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为 e= EmaxSin 3 t Emax是 感应电动势的最大值. 5. 电能来源8 转子的机械能转化为发电机的电能. 再判断 1. 线圈每转一周经过中性面两次.（V） 2. 当线圈经过中面性时， 穿过线圈的磁通量最大， 线圈中的感应电流也最 大. （X） 3. 发电机是把机械能转化为电能的装置.（V） 后思考 1. 当正弦交变电流从不同位置开始计时时，交变电流的瞬时值的表达式一 样吗？ 【提示】 不一样.当从中性面开始计时时，交流电的电动势瞬时值

8、表达式 为 e= Emsin w t当从垂直于中性面的位置开始计时时，该时刻的电动势瞬时值 为最大，瞬时值表达式为 e= Emcos w t 2. 发电机工作过程中能量是如何转化的？ 【提示】 发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培力， 安培力的 作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电机把机械能转变成了电能. - O 核唐突破 - 合作探讨 如图 2-1-3 所示中，图甲中线圈平面恰好垂直于磁感线方向，图乙中线圈平 面恰好平行于磁感线方向. 甲 乙 图 2-1-3 探讨1:图甲中线圈此时的感应电流是多少？磁通量的变化率是多大？若以 此位置9 开始计时，请写出感应电流的表达式. 【提示】

9、 感应电流为零，线圈磁通量的变化率也是零，感应电流表达式: i = Imsin 3 t 探讨2:图乙中线圈此时的磁通量是多少？磁通量的变化率有何特点？若以 此位置开始计时，请写出感应电流的表达式. 【提示】 磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电流表达式：i = ImCOS 3t 核心点击 1 .过程分析 如图 2-1-4 所示为线圈转动一周的过程中的几个关键位置.图甲、丙、戊所 示的位置，线圈平面垂直于磁感线，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流， 这样的位置叫中性面.图乙、丁所示的位置，线圈平面与磁场方向平行， ab、cd 两边垂直切割磁感线，此时线圈的感应电流达到最大值. N N N

10、N N 图 2-1-4 这五个位置的中间过程，各有变化的电流存在，从图中可以看到，当 ab 边 向右、cd 边向左运动时，感应电流是沿 abed 方向流动的.当 ab 边向左、cd 边 向右运动时，感应电流是沿 deba 方向流动的. 由以上分析可知，线圈转动一周的过程中，感应电流的大小和方向都在变化， 每转动一周重复这种变化一次，这样线圈所在的电路中就出现了大小和方向都做 周期性变化的交变电流. 2. 中性面特点 线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面.线 圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈绕轴转一周经过中性面两次， 因此感应电流方向改变两次. 3. 从中性

11、面开始计时，交变电流的电动势、电流、路端电压的图像都是正 弦曲10 线 图 2-1-5 4 .瞬时值表达式的推导 如图 2-1-6 为发电机线圈平面图，AB、CD 边切割磁感线产生的感应电动 势 e= 2BLvsin 9 图 2-1-6 (2)若从中性面开始计时，贝 U Em= 2BLv, 0=3t 瞬时值表达式为 e= Emsin w t 5. 从任意位置计时，瞬时值表达式 e= Emsin( w t M 当 a 2 时，即从最大值位置开始计时.这时 e= Emcos w t - O题组冲关 - 4. 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流， 下列说法中正确的是( ) A .线圈每经过中性面

12、一次，感应电流方向改变一次，感应电动势方向不变 B. 线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 C. 线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次 D. 线圈转动一周，感应电流和感应电动势方向都要改变一次 【解析】 线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向都要 11 改变一次，转动一周方向改变两次，因此 C 正确，A、B、D 错误. 【答案】 C 5只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的 磁通量随时间变化的图像如图 2-1-7 甲所示，贝 U 下列说法中正确的是( ) 图 2-1-7 A. t = 0 时刻，线圈平面与中性面垂直 B. t= 0

13、.01 s 时刻，的变化率最大 C. t= 0.02 s 时刻，感应电动势达到最大 D. 该线圈产生的相应感应电动势的图像如图 2-1-7 乙所示 【解析】 由题图甲可知 t= 0 时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面; t = 0.01 s 时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以 A 项错误，B 项正确；t= 0.02 s 时，感应电动势应为零，C、D 项均错误. 【答案】 B 6. 有一个正方形线圈的匝数为 10 匝，边长为 20 cm，线圈总电阻为 1 莒线 圈绕00轴以 10n rad/s 的角速度匀速转动，如图 2-1-8 所示，匀强磁场的磁感 应强度为 0.5 T,问： 【导学号：

14、68312075】 图 2-1-8 该线圈产生的交变电流电动势的最大值、电流的最大值分别是多少. (2) 若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式. (3) 线圈从中性面位置开始，转过 30时，感应电动势的瞬时值是多大. 12 【解析】(1)交变电流电动势的最大值为 2 Em= 2nBLv= nBS= 10X 0.5X 0.2 X 10n V6.28 V 电流的最大值为 lm= ERV6.28 A. 从中性面位置 开始计时,感应电动 势的瞬时值表达 式为 e = Emsin 3 V 6.28sin (10 t)V (3)线圈从中性面位置开始转过 30感应电动势 e= Ems in 30 3.14 V