交流电的产生与描述

1、郧西县第二中学 解添津第一节交流电的产生和描述第一节交流电的产生和描述基础知识梳理基础知识梳理一、交变电流的产生和变化规律一、交变电流的产生和变化规律1交变电流交变电流大小和大小和_都随时间做都随时间做_变化的电变化的电流，叫做交变电流，俗称交流电流，叫做交变电流，俗称交流电2正弦式交变电流正弦式交变电流(如图如图1011所示所示)方向方向周期性周期性图图1011 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析为平面图来分析. ， 2、交变电流的变化规律、交变电流的变化规律 设线圈平面从中性面开设线圈平面从中性面开始转动，角速度是始转动，角速度是

2、经经过时间过时间t，线圈转过的角，线圈转过的角度是度是t，cd边的线速度边的线速度v的方向跟磁感线方向间的的方向跟磁感线方向间的夹角也等于夹角也等于tab、cd宽宽L1，ad、bc长长L2 ，磁感应磁感应强度是强度是B.cd边中的感应电动势就是边中的感应电动势就是ab 边中的感应电动势跟边中的感应电动势跟cd边中的大小相同，边中的大小相同， 而且两边又是串联的而且两边又是串联的所以，这一瞬间整个线圈感应电动势所以，这一瞬间整个线圈感应电动势 t BL1L2tL2BL1BL1V ecd w ww w sin21sin2=e=BL1L2sint= BSsint当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回

3、当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为路的电阻为R，则电路的感应电流的瞬时值，则电路的感应电流的瞬时值为表达式为表达式这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流 t ImsintREmRiwesin= 当交变电流通过某电阻当交变电流通过某电阻R，根据欧姆定律，根据欧姆定律，U=IR,电阻两端电压也按正弦规律变化电阻两端电压也按正弦规律变化u=Umsint3、交流电的图像、交流电的图像(交流电的变化规律还可以用图像来表示交流电的变化规律还可以用图像来表示) 我们照明电路里的电流就是由这种发电机我们照明电路里的电流就是由这种发电机(实际结构比实际结构

4、比这个复杂这个复杂)产生的交流电产生的交流电.(1)定义：按定义：按_变化的交变电流变化的交变电流(2)产生：将闭合矩形线圈置于产生：将闭合矩形线圈置于_磁场中，并磁场中，并绕绕_方向的轴做方向的轴做_转动转动(3)中性面：与磁场方向中性面：与磁场方向_的平面的平面(4)正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位线圈在中性面位置开始计时置开始计时)：电动势电动势e随时间变化的规律：随时间变化的规律：e_.负载两端的电压负载两端的电压u随时间变化的规律：随时间变化的规律：u_.正弦规律正弦规律匀强匀强垂直于磁场垂直于磁场匀速匀速垂直垂直EmsintUmsint电流电流i随时

5、间变化的规律：随时间变化的规律：i_.其中其中等于线圈转动的等于线圈转动的_，Em_.(5)正弦交变电流的图象正弦交变电流的图象(如图如图1012所示所示)Imsint角速度角速度nBS图图1012时间时间周期性变化周期性变化赫兹赫兹(Hz)2交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值值(1)瞬时值：交变电流瞬时值：交变电流_的值，是的值，是时间的函数时间的函数(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，使它们在相同的时间内阻值相等的

6、电阻，使它们在相同的时间内_相等，就可以把该恒定电流相等，就可以把该恒定电流I、恒定电压恒定电压U的数值规定为这个交变电流的有效的数值规定为这个交变电流的有效值值某一时刻某一时刻最大值最大值产生的热量产生的热量(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I_，U_，E_. (5)平均值：交变电流图象中波形与横轴所围面积跟平均值：交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值，其数值可以用时间的比值，其数值可以用 _ 计算计算三、电感和电容对交变电流的影响三、电感和电容对交变电流的影响1电感对恒定电流没有影响，对变化的电流有阻电感对恒定电流没有影响，对变化的电

7、流有阻碍其变化的作用，对交变电流也有阻碍作用碍其变化的作用，对交变电流也有阻碍作用电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示，感抗与线圈的表示，感抗与线圈的_和交变电流和交变电流的的_有关，自感系数越大，交流电的有关，自感系数越大，交流电的频率越高，感抗也越大频率越高，感抗也越大2电容器接在交流电源上，由于电容器交替电容器接在交流电源上，由于电容器交替进行进行_和和_，使电路中有了，使电路中有了电流，表明交流电能通过电容器，电容器虽电流，表明交流电能通过电容器，电容器虽能通过交变电流，但对交变电流也有影响，能通过交变电流，但对交变电流也有影响，其大小用容抗

8、来表示其大小用容抗来表示自感系数自感系数频率频率充电充电放电放电容抗与电容器的容抗与电容器的_和交变电流的和交变电流的_都有关系，电容量都有关系，电容量_、交变电流的频率、交变电流的频率_，容抗越小，电容的作用是容抗越小，电容的作用是“通交流、通交流、_”3低频扼流圈的自感系数低频扼流圈的自感系数_，起，起“阻阻_，通通_”作用高频扼流圈的自感系数作用高频扼流圈的自感系数_，起起“阻阻_，通，通_”作用作用电容电容越高越高越大越大隔直流隔直流大大交流交流直流直流小小高频高频低频低频频率频率课堂互动讲练课堂互动讲练一、正弦式电流的变化规律一、正弦式电流的变化规律1正弦式电流的变化规律正弦式电流的

9、变化规律(线圈在中性面位置线圈在中性面位置开始计时开始计时)1.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场位于线圈平面一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场位于线圈平面内的固定轴转动线圈中的感应电动势内的固定轴转动线圈中的感应电动势e随时间随时间t的变化关系如图的变化关系如图1013所示，下列说法中正确所示，下列说法中正确的是的是()图图1013即时应用即时应用At1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大最大D每当每当e变换方向时，通过线圈磁通量的绝对变换方

10、向时，通过线圈磁通量的绝对值都为最大值都为最大解析：解析：选选D.从从et图知，在图知，在t0时，线圈中的感时，线圈中的感应电动势取得最大值故此时线圈处于如图所示应电动势取得最大值故此时线圈处于如图所示位置，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化最位置，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化最快，即磁通量变化率最大；快，即磁通量变化率最大；二、交流电二、交流电“四值四值”的比较和理解的比较和理解1交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较值的比较(2)几种典型的交变电流几种典型的交变电流即时应用即时应用 (满分样板满分样板13分分)(2011年福建调研测试年福建调

11、研测试)如图如图1015所示，所示，N50匝的矩形线圈匝的矩形线圈abcd，ab边长边长l120 cm，ad边长边长l225 cm，放在磁感应强度，放在磁感应强度B0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的线圈中线的OO轴以轴以n3000 r/min的转速匀速转动，的转速匀速转动，线圈电阻线圈电阻r1 ，外电路电阻，外电路电阻R9 ，t0时，线时，线圈平面与磁感线平行，圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、边正转出纸外、cd边转入边转入纸里纸里交变电流的产生及变化规律交变电流的产生及变化规律(1)在图中标出在图中标出t0时感应电

12、流的方向时感应电流的方向(2)写出线圈感应电动势的瞬时表达式写出线圈感应电动势的瞬时表达式(3)线圈转一圈外力做功多大？线圈转一圈外力做功多大？(4)从图示位置转过从图示位置转过90的过程中流过电阻的过程中流过电阻R的的电荷量是多大？电荷量是多大？解题样板解题样板【答案】【答案】(1)adcba(2)e314cos100t V(3)98.6 J (4)0.1 C正弦交流电图象的应用正弦交流电图象的应用 如图如图1016甲所示，一矩形线圈甲所示，一矩形线圈abcd放置放置在匀强磁场中并绕过在匀强磁场中并绕过ab、cd中点的轴中点的轴OO以角速以角速度度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角逆时针匀

13、速转动若以线圈平面与磁场夹角45时时(如图乙如图乙)为计时起点，并规定当电流自为计时起点，并规定当电流自a流向流向b时电流方向为正则下列四幅图中正确的是时电流方向为正则下列四幅图中正确的是()图图1016图图1017【思路点拨】【思路点拨】根据图乙的位置和转动方向根据图乙的位置和转动方向判断电流方向和电动势瞬时值，结合交流电判断电流方向和电动势瞬时值，结合交流电的规律分析电流随角度的变化规律的规律分析电流随角度的变化规律【解析】【解析】t0时刻，根据题图乙表示的转时刻，根据题图乙表示的转动方向，由右手定则得，此时动方向，由右手定则得，此时ad中电流方向中电流方向为由为由a到到d，线圈中电流方向

14、为，线圈中电流方向为adcba，与规定的电流正方向相反，电流为负值与规定的电流正方向相反，电流为负值【答案】【答案】D【规律总结】【规律总结】解决此类问题要把线圈在匀强磁解决此类问题要把线圈在匀强磁场中的具体位置与图象上的时刻点对应好场中的具体位置与图象上的时刻点对应好交变电流与电磁感应的综合交变电流与电磁感应的综合 如图如图1018甲所示，在两根水平放置的甲所示，在两根水平放置的平行金属导轨两端各接一只平行金属导轨两端各接一只R1 的电阻，导轨的电阻，导轨间距间距L0.2 m，导轨的电阻忽略不计，整个装置，导轨的电阻忽略不计，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B0.8 T一根电阻一根电阻r0.