交变电流的产生及变化规律

1、1 交变电流的产生及变化规律交变电流的产生及变化规律当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产时，闭合线圈中就有交流电产生如图所示生如图所示如果线圈从如图所示位置开始转如果线圈从如图所示位置开始转动，电路中感应电动势、感应电动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按流和路端电压将按 什么规律变化什么规律变化?1、产生交变电流的几种形式、产生交变电流的几种形式:（1）、辐射磁场式）、辐射磁场式:365页例页例3366页页:（2）、磁场全满式）、磁场全满式（3）、直棒切割式）、直棒切割式2中性

2、面中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面特定位置叫做中性面应注意：应注意：中性面在垂直于磁场位置中性面在垂直于磁场位置线圈通过中性面时，穿过线圈的线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大线圈平面通过中性面时感应电动线圈平面通过中性面时感应电动势为零势为零线圈平面每转过中性面时，线圈线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电

3、流方向改变两次线圈中电流方向改变两次实际应用：实际应用：368页页6368页页7368页页8369页2二、描述交变电流的物理量二、描述交变电流的物理量1、瞬时值：、瞬时值： 生活中用的市电电压为生活中用的市电电压为220V，其最，其最大值为大值为220V=311V（有时写为（有时写为310V），频率为），频率为50HZ，所以其电，所以其电压瞬时值的表达式为压瞬时值的表达式为u=311sin314tV。 【例【例1】有一正弦交流电源，电压】有一正弦交流电源，电压有效值有效值U=120V，频率为，频率为f=50Hz向向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为压和

4、熄灭电压均为U0=84V，试估算，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？明忽暗的现象？(取取 = 1.4) 22如图所示，画出一个周期内交流电的如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，当当U=U0=60V时，由上式得时，由上式得t1=1/600s，再，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：由

5、对称性求得一个周期内能发光的时间：t=T-4t1= 再由比例关系求得一再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为小时内霓虹灯发光的时间为： t= 很明显霓虹灯在工作很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有1/300s（如图（如图t2时刻到时刻到t3时刻）时刻）s751s24007515013600由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约这个视觉暂留时间约1/16s为远大于为远大于1/300s，因此经过灯光刺激的人眼不，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。会因为短暂的熄灭而有所感觉。2、最

6、大值：、最大值： 也叫峰值，它是瞬时值的最大者也叫峰值，它是瞬时值的最大者 【例【例2】把一电容器】把一电容器C接在接在220V的的交流电路中，为了保证电容不被击交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器穿，电容器C的耐压值是多少的耐压值是多少 【例【例3】 电学元件的正确使用，对电路电学元件的正确使用，对电路安全工作起着重要作用。某电解电容器安全工作起着重要作用。某电解电容器上标有上标有“25V ，450F”字样，下列说字样，下列说法中正确的是法中正确的是 A.此电容器在交流、直流电路此电容器在交流、直流电路25V的电的电压时都能正常工作压时都能正常工作B.此电容器只有在不超过此电容器只有在不

7、超过25V的直流电的直流电压下才能正常工作压下才能正常工作C.当工作电压是直流当工作电压是直流25V时，电容才是时，电容才是450FD.若此电容器在交流电压下工作，交流若此电容器在交流电压下工作，交流电压的最大值不能超过电压的最大值不能超过25V 3、平均值：、平均值： 【例【例3】如图所示，线圈匝数】如图所示，线圈匝数N，面积，面积S，电阻电阻R，求线圈由图示位置转过，求线圈由图示位置转过60角的角的过程中，通过线圈某一横截面的电量过程中，通过线圈某一横截面的电量.4、有效值：、有效值： 交变电流的有效值是根据电流的热效应交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的规

8、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热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：系是： ，对于非正弦电流的有效值以上关系不对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求成立，应根据定义来求 mEU21mII21通常所说交流电压、电流是用电压表、通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值电流表测得的，都是指有效值 用电器上所标电压、电流值也是指用电器上所标电压、电流值也是指有效值有

9、效值. 在计算交流电通过导体产生热量、热在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。能用有效值。例例4将硬导线中间一段折成不封闭的将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为正方形，每边长为l，它在磁感应强度，它在磁感应强度为为B、方向如图的匀强磁场中匀速转动，、方向如图的匀强磁场中匀速转动，转速为转速为n，导线在，导线在a、b两处通过电刷与两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为外电路连接，外电路有额定功率为P的的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应其余部分的电

10、阻不计，灯泡的电阻应为为(2l2nB)2/P 2(l2nB)2/P(l2nB)2/2P (l2nB)2/PbaBlB应用：应用：371页例页例5例例6373页页3373页页2373页页7三、理想变压器三、理想变压器:1理想变压器的构造、理想变压器的构造、作用、原理及特征作用、原理及特征:构造：构造： 两组线圈（原、副线圈）绕在同两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器一个闭合铁芯上构成变压器 作用：作用： 在输送电能的过程中改变电压在输送电能的过程中改变电压 原理：原理： 其工作原理是利用了电磁感应现象其工作原理是利用了电磁感应现象 特征：特征： 正因为是利用电磁感应现象来工作正因

11、为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压但流的电能过程中改变交变电压但交流电的频率是不变的交流电的频率是不变的. 理想变压器的两个基本公式：理想变压器的两个基本公式： ，即对同一变压器的任意两个线圈，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比都有电压和匝数成正比 P入入=P出出，即无论有几个副线圈在，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。有输出功率之和。2121nnUU注意：注意： 变压器的输入功率由输出功率决定，往变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：

12、往用到： ，即在输入电，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。式中的值成反比。式中的R表示负载电阻的阻表示负载电阻的阻值，而不是值，而不是“负载负载”。“负载负载”表示副表示副线圈所接的用电器的实际功率。实际上，线圈所接的用电器的实际功率。实际上，R越大，负载越小；越大，负载越小；R越小，负载越大。越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。这一点在审题时要特别注意。RnUnIUP/2112111【例【例5】理想

13、变压器初级线圈和两个次】理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为级线圈的匝数分别为n1=1760匝、匝、n2=288匝、匝、n3=800 0匝，电源电压为匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率上连接的灯泡的实际功率为为36W，测得初级线圈的电流为，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过求通过n3的负载的负载R的电流的电流I3。n2 Ln3 R220Vn1I3=0.03A 【例【例6】在变电站里，经常要用交流】在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正

14、确反应其工作原理的是图中，能正确反应其工作原理的是AAAA零线零线火线火线火线火线零线零线零线零线火线火线零线零线火线火线A. B. C. D.例例7钳形电流表的外形和结构如图钳形电流表的外形和结构如图4（a）所示。图所示。图4（a）中电流表的读数为）中电流表的读数为1.2A 。图图4（b）中用同一电缆线绕了）中用同一电缆线绕了3匝，则匝，则这种电流表能测直流电流，图这种电流表能测直流电流，图4 （b）的读数为）的读数为2.4A这种电流表能测交流电流，图这种电流表能测交流电流，图4 （b）的读数为）的读数为0.4A这种电流表能测交流电流，图这种电流表能测交流电流，图4 （b）的读数为）的读数为

15、3.6A这种电流表既能测直流电流，又能这种电流表既能测直流电流，又能 测交流电流，图测交流电流，图4（b） 的读数为的读数为3.6A 图图4（a） A铁芯铁芯 图图4（b）C【例【例8】如图，为一理想变压器，】如图，为一理想变压器，K为单为单刀双掷开关，刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触为滑动变阻器的滑动触头，头，U1为加在原线圈两端的电压，为加在原线圈两端的电压，I1为为原线圈中的电流强度，则原线圈中的电流强度，则A.保持保持U1及及P的位置不变，的位置不变，K由由a合到合到b时，时，I1将增大将增大B.保持保持U1及及P的位置不变，的位置不变，K由由b合到合到a时，时，R消耗的功率减小消耗

16、的功率减小C.保持保持U1不变，不变，K合在合在a处，使处，使P上滑，上滑，I1将增大将增大D.保持保持P的位置不变，的位置不变，K合在合在a处，若处，若U1增大，增大，I1将增大将增大ABD阅读阅读:375页页-379页例页例14380页页1378页例页例12四、远距离输电四、远距离输电:功率之间的关系是：功率之间的关系是： P1=P1/，P2=P2/，P1/=Pr+P2。电压之间的关系是电压之间的关系是 电流之间的关系是电流之间的关系是 【例【例9】 在远距离输电时，要考虑在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为一个坑口

17、电站，输送的电功率为P=500kW，当使用，当使用U=5kV的电压输的电压输电时，测得安装在输电线路起点和电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相终点处的两只电度表一昼夜示数相差差4800度。求：度。求：这时的输电效率这时的输电效率和输电线的总电和输电线的总电阻阻r。若想使输电效率提高到若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？多高的电压向外输电？解；解；由于输送功率为由于输送功率为P=500kW，一昼，一昼夜输送电能夜输送电能E=Pt=12000度，终点得到的度，终点得到的电能电能E /=7200度，因此效

18、率度，因此效率=60%。输电。输电线上的电流可由线上的电流可由I=P/U计算，为计算，为I=100A，而输电线损耗功率可由而输电线损耗功率可由Pr=I 2r计算，其中计算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得，因此可求得r=20。 输电线上损耗功率输电线上损耗功率 ，原，原来来Pr=200kW，现在要求，现在要求Pr/=10kW ，计，计算可得输电电压应调节为算可得输电电压应调节为U / =22.4kV。221UrUPPr五、电磁场五、电磁场:1麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦的电磁场理论麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：麦克斯韦电磁场理论的两大支柱： 变化的磁场产生电场，变化的电场产变化

19、的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。生磁场。(1)均匀变化的磁场（电场）能够在周均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；围空间产生稳定的电场（磁场）； (2)振荡的磁场（电场）能够在周围空振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；间产生同频率的振荡电场（磁场）； 2电磁场：电磁场： 按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为电磁场。个不可分离的统一场，称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。两种具

20、体表现。例例10关于电磁场和电磁波，下关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是列说法正确的是:电磁波是横波电磁波是横波 电磁波的传播需要介质电磁波的传播需要介质电磁波能产生干涉和衍射现象电磁波能产生干涉和衍射现象 电磁波中电场和磁场的方向处电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直处相互垂直 ACD3电磁波电磁波:变化的电场和磁场从产生的区域变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。就形成了电磁波。（1）有效地发射电磁波的条件是：）有效地发射电磁波的条件是： 频率足够高（单位时间内辐射频率足够高（单位时间内辐射出的能量出的能量Pf 4）；）；

21、 形成开放电路（把电场和磁场形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）。分散到尽可能大的空间里去）。（2）电磁波的特点：）电磁波的特点：电磁波是横波电磁波是横波 电磁波的传播不需要介质，电磁波的传播不需要介质， 波速和波长、频率的关系：波速和波长、频率的关系：cf注意：麦克斯韦根据他提出的电注意：麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速及在真空中波速等于光速c，后由，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在赫兹用实验证实了电磁波的存在4无线电波的发射和接收无线电波的发射和接收:（1）无线电波：无线电技术中使）无线电波：无线电技术中使用的电磁波用的电磁波（2）无线电波的发射：）无