第十节交变电流

1、实验研究实验研究线圈在磁场中转动，产生什么样的电流？线圈在磁场中转动，产生什么样的电流？交流电交流电1.概念：概念：方向随时间周期性（交替）变化的方向随时间周期性（交替）变化的电流。电流。2.说明：说明：（1）方向不变的电流叫）方向不变的电流叫直流电直流电。（2）大小方向都不变的电流叫）大小方向都不变的电流叫恒定恒定电流电流。交流电有什么变化规律交流电有什么变化规律?理论研究理论研究交流电的变化有什么规律？交流电的变化有什么规律？)(t0 BLV瞬时电动势瞬时电动势esinNBSe （与中性面夹角）（与中性面夹角）0etT/4T/23T/4TeN(有效速度有效速度)二、交流电变化规律二、交流电

2、变化规律单边电动势单边电动势sin10VNBLe 02ee 总电动势总电动势sin21VNBLsin2221LNBL1.电动势：电动势：tEemsinNBSEm2.电流：电流：总Rei tImsin3.电压：电压：tUtRIiRummsinsin适用范围：适用范围：1.匀强、转轴匀强、转轴B2.与轴位置和线圈形状无关与轴位置和线圈形状无关考点考点1：交变电流的产生和变化规律：交变电流的产生和变化规律【例题解析】【例题解析】1.一矩形线圈在匀强磁场中转动产生感应电动势，下列说法中正确的是一矩形线圈在匀强磁场中转动产生感应电动势，下列说法中正确的是()A当穿过线圈的磁通量最大时，导线切割磁力线的有

3、效速度最大，感应电动当穿过线圈的磁通量最大时，导线切割磁力线的有效速度最大，感应电动势最大势最大B当穿过线圈的磁通量最大时，导线切割磁力线的有效速度为零，感应电动当穿过线圈的磁通量最大时，导线切割磁力线的有效速度为零，感应电动势为零势为零C当穿过线圈的磁通量最小时，导线切割磁力线的有效速度最大，感应电动当穿过线圈的磁通量最小时，导线切割磁力线的有效速度最大，感应电动势最大势最大D当穿过线圈的磁通量最小时，导线切割磁力线的有效速度最大，感应电动当穿过线圈的磁通量最小时，导线切割磁力线的有效速度最大，感应电动势最小势最小2.一个匝数位一个匝数位n=100、面积为、面积为S=110-2m2的线圈在匀

4、强磁场中绕垂的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向、且位于线圈平面内的轴匀速转动，产生如图直于磁场方向、且位于线圈平面内的轴匀速转动，产生如图1.1的的交流电。求：交流电。求：磁感应强度；磁感应强度；前前2s内电动势的平均值。内电动势的平均值。 3.共有共有100匝的矩形线圈，在磁感强度为匝的矩形线圈，在磁感强度为0.1T的匀强磁场中以角速度的匀强磁场中以角速度=10rad/s绕垂直于磁场方向的线圈的中心轴旋转。已知线圈的长边绕垂直于磁场方向的线圈的中心轴旋转。已知线圈的长边a=20cm，短边，短边b=10cm，线圈总电阻为，线圈总电阻为2。求（。求（1）线圈平面转到什么位置时，线圈受到的电）线圈

5、平面转到什么位置时，线圈受到的电磁力矩最大？最大力矩有多大？（磁力矩最大？最大力矩有多大？（2）线圈平面转到与磁场方向夹角）线圈平面转到与磁场方向夹角60时，时，线圈受到的电磁力矩。线圈受到的电磁力矩。【实战演练】实战演练】1一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动线圈中的感应电动势动线圈中的感应电动势e随时间随时间t的变化如图的变化如图1.2下列说法中正下列说法中正确的是（）确的是（） 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

6、线圈的磁通量变化率的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D当当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大2如图如图1.3，矩形线圈，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴向的轴P1和和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时（）方向平行时（）A线圈绕线圈绕P1转动时的电流等于绕转动时的电流等于绕P2转动时的电流转动时的电流 B线圈绕线圈绕P1转动时的电动势小于绕转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势转动时的电动势C线圈绕线圈绕

7、P1和和P2转动时电流的方向相同，都是转动时电流的方向相同，都是abcdD线圈绕线圈绕P1转动时转动时dc边受到的安培力大于绕边受到的安培力大于绕P2转动时转动时dc边受到的边受到的安培力安培力3某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图1.4，如，如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为和周期分别变为() A400V，0.02s B200V，0.02sC400V，0.08sD200V，0.08s4.用均匀导线弯成正方形闭合金属线框用均匀导线弯成正方形闭合金

8、属线框abcd，线框每边长，线框每边长80cm，每边的电阻为每边的电阻为0.01。把线框放在磁感强度。把线框放在磁感强度B=0.05T的匀强磁场中，的匀强磁场中，并使它绕轴并使它绕轴OO以以=100rad/s的角速度匀角速度旋转，旋转方向如的角速度匀角速度旋转，旋转方向如图图1.5。已知。已知OO在线圈平面内，并且垂直于磁场，在线圈平面内，并且垂直于磁场，od=3oa，oc=3ob，当线圈转至和磁场平行的瞬间。求：，当线圈转至和磁场平行的瞬间。求：每条边产生的感每条边产生的感应动势大小；应动势大小；线框内感应电流的大小；线框内感应电流的大小；e、f分别是分别是ab和和cd的的中点，中点，ef两

9、点间的电势差。两点间的电势差。 考点考点2：描述交变流电的物理量和纯电阻交流电路：描述交变流电的物理量和纯电阻交流电路【例题解析】【例题解析】1.通过某电阻的周期性交变电流的图象如图通过某电阻的周期性交变电流的图象如图2.1。求该交流电的有。求该交流电的有效值效值I。2一根电阻丝接入一根电阻丝接入100v的直流电，的直流电，1min产生的热量为产生的热量为Q，同样的，同样的电阻丝接入正弦交变电压，电阻丝接入正弦交变电压，2min产生的热量为产生的热量为0.5Q，那么该交变，那么该交变电压的最大值为（电压的最大值为（ ） A、50v B、100v C、50 v D、50 v233.一矩形线圈在匀

10、强磁场中匀速转动，产生的交流电动势的瞬时一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电动势的瞬时值表达式为值表达式为 以下说法中正确的有以下说法中正确的有( )A电动势最大值为电动势最大值为 V B电动势有效值为电动势有效值为220VC电流的频率为电流的频率为50Hz D当当t=(1/200)s时线圈面与中性面重合时线圈面与中性面重合V100sin2220te22204内阻不计的交流发电机产生电动势内阻不计的交流发电机产生电动势E=10sin50t (V)，接有负载，接有负载电阻电阻R=10,现把发电机的转速提高一倍，则现把发电机的转速提高一倍，则( )A.负载两端电压的有效值将变为负载两端电压

11、的有效值将变为28.2VB.交流电的频率将变为交流电的频率将变为100HzC.负载消耗的功率将变为负载消耗的功率将变为20wD.负载消耗的功率将变为负载消耗的功率将变为40w【实战演练】【实战演练】1.一电压一电压U0=10 V的直流电通过电阻的直流电通过电阻R在时间在时间t内产生的热量与一交内产生的热量与一交变电流通过变电流通过R/2时在同一时间内产生的热量相同，则该交流电的有时在同一时间内产生的热量相同，则该交流电的有效值为多少？效值为多少？2电阻电阻R1、R2交流电源按照图交流电源按照图2.2的方式连接，的方式连接，R110 ，R220 。合上开关后。合上开关后S后，通过电阻后，通过电阻

12、R2的正弦交变电流的正弦交变电流i随时间随时间t变化变化的情况如图的情况如图2.3。则（）。则（）A通过通过R1的电流的有效值是的电流的有效值是1.2 A BR1两端的电压有效值是两端的电压有效值是6 V C通过通过R2的电流的有效值是的电流的有效值是1.2 A DR2两端的电压有效值是两端的电压有效值是6 V224在图在图2.5的电路中，已知交流电源电压的电路中，已知交流电源电压u=200sinl00tV，电阻，电阻R=100，则电流表和电压表的示数分别为，则电流表和电压表的示数分别为() A1.41A、200V B1.41A、141VC2A、200V D2A、141V5交流发电机转子有交流

13、发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为，线圈内电阻为r，外，外电路电阻为电路电阻为R。当线圈由图。当线圈由图2.6中实线位置匀速转动中实线位置匀速转动900到达虚线位到达虚线位置过程中，求：置过程中，求：通过通过R的电荷量的电荷量q为多少？为多少？R上产生电热上产生电热QR为多少？为多少？外力做的功外力做的功W为多少？为多少？ 考点考点3：电容和电感对交流电的影响：电容和电感对交流电的影响【例题解析】【例题解析】1如图如图3.1，当交流电源的电压为，当交流电源的

14、电压为220V，频率为，频率为50Hz时，三只灯时，三只灯泡泡A，B，C的亮度相同，若将交流电源的频率改变为的亮度相同，若将交流电源的频率改变为100Hz时，时，则则( ) AA灯比原来亮灯比原来亮 BB灯比原来亮灯比原来亮CC灯亮度不变灯亮度不变 DC灯比原来暗灯比原来暗2图图3.2中左右两电路都是从左端输入信号，从右端输出信中左右两电路都是从左端输入信号，从右端输出信号左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低号左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频

15、交流信号那么出低频交流信号那么C1，C2中哪个该用大电容？哪个该用小电中哪个该用大电容？哪个该用小电容？容？【实战演练】【实战演练】1如图如图3.3的电路中，的电路中，L为电感线圈，为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压电压表内阻无限大，交流电源的电压U=220 sin100t(V)若保持若保持电压的有效值不变，只将电源的频率改为电压的有效值不变，只将电源的频率改为100Hz，下列说法正确，下列说法正确的是的是( )A电流表示数增大电流表示数增大 B电压表示数增大电压表示数增大C灯泡变暗灯泡变暗 D灯泡变亮灯泡变亮2如图如图3.4为平行板

16、电容器与灯泡为平行板电容器与灯泡R串联的电路，接在交流电源上串联的电路，接在交流电源上灯泡正常发光，则灯泡正常发光，则( )A把电介质插入电容器，灯泡一定变亮把电介质插入电容器，灯泡一定变亮B把电容器两极板间距离增大，灯泡一定变亮把电容器两极板间距离增大，灯泡一定变亮C使电容器两极极正对面积减小，灯泡一定变暗使电容器两极极正对面积减小，灯泡一定变暗D使交流电频率增加，灯泡变暗使交流电频率增加，灯泡变暗考点考点4：三相交流电：三相交流电【例题解析】【例题解析】1.如图如图4.1是三相交流电动机的示意图，是三相交流电动机的示意图，A、B、C表示三组线圈的表示三组线圈的始端，它的终端用始端，它的终端用X、Y、Z表示表示(1)连接成三相四线制时，这四根线是从哪里引出来的连接成三相四线制时，这四根线是从哪里引出来的?(2)已知已知AX线圈感应电动势线圈感应电动势 V，写出，写出BY、CZ线圈感应电动势线圈感应电动势eB、eC的表示式的表示式 (3)星形接法时的线电压和相电压各是多大星形接法时的线电压和相电压各是多大?2一台三相感应电动机铭牌上标有：电压一台三相感应电动机铭牌上标有：电压380220，接法，接法Y，由此可得由此可得()A采用星形接法时，线电压是采用星形接法时，线电压是380VB采用星形接法时，相电压是采