交变电流产生

1、3.2 3.2 交变电流是怎样产生的交变电流是怎样产生的一、交流发电机一、交流发电机 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极（基本组成）（基本组成）交流发电机模型的原理简图交流发电机模型的原理简图（基本种类）（基本种类） 旋转旋转电枢式电枢式发电机发电机(图图a) 旋转旋转磁极式磁极式发电机发电机(图图b) (无论哪种发电机，转动的部分叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部，不动的部分叫分叫定子定子。) 区别：前者，感应电动势不能很高；区别：前者，感应电动势不能很高； 后者，能克服上述缺点，提供很高的电压。后者，能克

2、服上述缺点，提供很高的电压。二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动2闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生交变电流，但这不是产生交流的唯转动时，产生交变电流，但这不是产生交流的唯一方式（如一方式（如:旋转磁极式发电机）旋转磁极式发电机）1交变电流：大小和方向都随交变电流：大小和方向都随时间作周期变化的电流，叫时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称交流做交变电流，简称交流 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转为了能更方便地说明问题，我们将立体

3、图转化为平面图来分析化为平面图来分析. . 特点特点: : BS BS， 最大，最大， E=0 , I=0E=0 , I=0 中性面中性面没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线(甲甲) abcd特点特点:BS:BS，=0=0，E E最大，最大，I I最最 大，感应电流方向大，感应电流方向d-c-b-a-dd-c-b-a-d(乙乙)a a（b b）、）、d d（c c）边垂直）边垂直切割磁感应线，切割磁感应线，abcd特点特点: :BSBS， 最大，最大， E=0 , I=0E=0 , I=0 中性面中性面没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线(丙丙)abcd特点特点: :BSBS，=0=0，E E

4、最大，最大，I I最最 大，感应电流方向大，感应电流方向a-b-c-d-aa-b-c-d-aa a（b b）、）、d d（c c）边垂直）边垂直切割磁感应线，切割磁感应线，(丁丁)abcd开始新的周期开始新的周期(戊戊) abcd1 1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？、线圈转动一周，电流方向改变多少次？2 2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？是最大还是最小？3 3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？是最大还是最小？回答问题：回答问题： 1 1中性

5、面中性面：线圈平面与磁感线：线圈平面与磁感线垂直垂直的位置叫做的位置叫做中性面中性面 （1 1）线圈经过中性面时，穿过线圈的）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通磁通量最大量最大，但磁通量的，但磁通量的变化率为零变化率为零（ abab和和cdcd边边都都不不切割磁感线），线圈中的切割磁感线），线圈中的电动势为零电动势为零 （2 2）线圈经过中性面时，电流将）线圈经过中性面时，电流将改变方向改变方向，线圈转动一周，线圈转动一周，两次两次经过中性面，电流方向改经过中性面，电流方向改变变两次两次4 4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。、试推导感应电动势大小的变化规律公式。三交变电流的变化规律三交变电

6、流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，在时刻以线圈经过中性面开始计时，在时刻t t线圈中的线圈中的感应电动势（感应电动势（abab和和cdcd边切割磁感线边切割磁感线 ）tNBLvesin22/LvtLNBesin2所以所以2LNBEm当tt= =/2/2时时则有 tEemsine e为电动势在时刻为电动势在时刻t t的瞬时值，的瞬时值，E Emm为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）. .=NB S 成立条件：成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时时开始计时 （1 1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化tEemsin（2 2）电流按正弦规

7、律变化）电流按正弦规律变化 tIimsin（3 3）电路上的电压按正弦规律变化）电路上的电压按正弦规律变化 tUumsin 电流通过电流通过R R时：时： tIimsin.RIUiRumm，(正弦交变电流的图象正弦交变电流的图象)eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB小结：小结：1 1、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即 和和 其其中转动的部分叫中转动的部分叫 ，不动的部分叫，不动的部分叫 。2 2、正弦交变电流的变化规律：、正弦交变电流的变化规律：

8、（1 1）方向变化规律方向变化规律-当线圈平面垂直于磁感线时，线当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做位置叫做线圈平面每经过中性面一次，感应线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变向改变（2 2）大小变化规律）大小变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：变化： e=Ee=Em msint Esint Em m=NBS=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i i= =I Im msint Isint Im m=E

9、=Em m/R /R 叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Uu=Um msint Usint Um m=I=Im mR R 叫电压的最大值叫电压的最大值 旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋转电枢式转子转子定子定子1 一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势生的交变电动势e=220 sin100t（V），），那么（）那么（）A该交变电流的频率是该交变电流的频率是100HzBB。当。当t=0时，线圈平面恰好位于中性面时，线圈平面恰好位于中性面C当当t=1100s时，时，e有最大值有最大值D该交变电流电动势的有效值为该交变电流电动势的有效值为220 V22B

10、AD答案(1)314sin 100t V(2)200 V(3)157 V答案BC 交变电流的产生1矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间，下列说法正确的是()A线圈平面与磁感线平行B通过线圈的磁通量最大C线圈中的感应电动势最大D线圈中感应电动势的方向改变解析由中性面的定义知，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，故A错误，B正确；导线运动的方向与磁感线平行，感应电动势为零，在中性面前后，感应电动势的方向改变，故C项错误，D项正确答案BD2交流发电机在工作时电动势为eEmsin t，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则电动势为()解析发电机电动势瞬时

11、值表达式为eEmsin t，而EmnBS，当角速度加倍而面积减半时，Em不变，故正确答案是C.答案C交变电流的规律3.有一10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图3213所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T问：(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？交变电流的图象5.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势et图象如图3214所示，则()At1、t3时刻线圈通过中性面Bt2、t4时刻线圈中磁通量最大Ct1、t3时刻线圈中磁通量变

12、化率最大Dt2、t4时刻线圈平面与中性面垂直解析t1、t3时刻，电动势为零，线圈处在中性面位置，此时磁通量最大，磁通量变化率最小，A对C错，t2、t4时刻，电动势最大，线圈平面与中性面垂直，磁通量为零，B错，D对答案AD练习练习:1.1.对于正弦交流电，下列说法正确的是（对于正弦交流电，下列说法正确的是（ ） A.A.线圈转动一周，电流大小改变两次线圈转动一周，电流大小改变两次 B.B.线圈转动一周，电流大小不变线圈转动一周，电流大小不变 C.C.线圈转动一周，电流大小随时改变线圈转动一周，电流大小随时改变 D.D.线圈转动一周，电流大小改变四次线圈转动一周，电流大小改变四次2.2.手摇发电机

13、转动时，小灯泡为何一闪一闪手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？的呢？（1）灯泡发光需要一定的电压，当）灯泡发光需要一定的电压，当U定定Um时，就能使灯时，就能使灯泡发光。泡发光。（2）如图，当）如图，当T1tT2时间内，小灯泡亮了，当时间内，小灯泡亮了，当T2tT3时时间内，小灯泡变暗了，在间内，小灯泡变暗了，在T3tT4时间内小灯泡又亮了。时间内小灯泡又亮了。（3）小灯泡在线圈转动一轴的过程中，闪亮两次。）小灯泡在线圈转动一轴的过程中，闪亮两次。这充分证明：交变电流的强度是随时间做周期变化。这充分证明：交变电流的强度是随时间做周期变化。 例题例题:一矩形线圈，面积为一矩形线圈，面积为s

14、，匝数为，匝数为N，在场，在场强为强为B的匀强磁场中绕着中轴的匀强磁场中绕着中轴oo做匀速转动，角做匀速转动，角速度为速度为，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面开始计时，求：（性面开始计时，求：（1）线圈中感应电动势的）线圈中感应电动势的最大值？（最大值？（2）线圈中感应电动势随时间变化的）线圈中感应电动势随时间变化的表达式？（表达式？（3）若线圈中的电阻为）若线圈中的电阻为R，则线圈中的，则线圈中的电流的最大值为多少？（电流的最大值为多少？（4）线圈中的电流瞬时）线圈中的电流瞬时表达式？表达式？NBstNBsNeNtBstlBleetlBltBlveemabcd感应电动式的最大值匝时当线圈为对于单匝线圈解：sinsinsin2sin2sin) 1 (2121abRNBSItRNBSRim,sin)2(律根据闭合电路的欧姆定2感应电动势峰值EmnBS的应用范围对转轴的要求：在线圈所在平面内