交变电流第一节

1、交变电流第一节第1页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第2页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日知识导航本章研究的交变电流知识，有着广泛的应用，与生产和生活实际有着密切的联系交变电流的产生及其描述方法，交变电流的基本规律及其应用变压器、电能的输送等知识是前面所学知识的具体应用，有综合性，又能广泛联系实际，对于开阔思路、提高思维能力是非常有益的第3页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日交变电流的变化规律和描述交变电流特征的物理量是交变电流的基本知识，是这一部分的核心内容交变电流的产生是根据电磁感应知识引伸而来，起了承前启后的作用变压器是对交

2、变电流知识和前面知识的扩展和应用，又为后续将要学习的电磁振荡和电磁波等知识奠定了重要的基础第4页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日本章可分为三个单元：第一单元(第1、2节)讲授交流电的产生和变化规律；讲授表征交变电流的物理量第二单元(第3节)讲授电感和电容对交变电流的影响第三单元(第4、5节)讲授变压器的工作原理和远距离输电本章的重点是交变电流的产生、变化规律和变压器的工作原理，难点是正弦交流电的描述及变压器的实际应用第5页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日学法指导为了学好本章知识，首先要联系前面所学的电磁感应的有关知识，理解交流电的产生和变化规律其次要

3、比较交流电与直流电通过电阻、电感、电容器等元件所表现出来的性质和特点最后要联系生产生活实际，联系现代科技成果，输电工程属于知识密集型工程，在学习的过程中，要注意理论联系实际，要善于知识的迁移、综合和应用第6页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日考纲须知考点内容要求1.交变电流、交变电流的图象2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值3.理想变压器4.远距离输电第7页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第8页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第9页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日知道什么是交变电流掌握交变电流的产生及变

4、化规律理解正弦交流电的图象及表达式第10页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第11页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日我们的日常生活离不开电，城市的灯火辉煌、工厂里的机器轰鸣，一切都离不开电(如图所示是实验室手摇发电机)长江三峡水力发电站已投入生产，各地火力发电厂比比皆是，它们的共同之处就是生产和输送的大多都是交变电流什么是交变电流？与直流电流有什么不同？它又是如何产生的呢？第12页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第13页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日1大小和方向都_，这样的电流叫做交变电流，例如家庭电路中的

5、电流2下图是交流发电机的示意图为了观察清楚，图中只画出了一匝线圈，它的ab边连在金属滑环K上，cd边连在滑环L上；两个滑环通过金属片做的电刷A、B和外电路相连线圈沿逆时针方向转动我们观察ab这段导线根据右手定则可以判断，当线圈转到图乙的位置时，电流_流动，而当线圈转到图丁的位置时，则_流动；在图丙和图戊的位置，因为_，电路中没有感应电流线圈在不断转动，电路中电流的方向也就_交变电流就是这样产生的第14页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第15页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日3对正弦式交变电流，线圈的电动势瞬时值表达式e_；用电器两端的电压瞬时值表达式

6、u_；流过用电器的电流瞬时值表达式i_.答案：1.随时间做周期性变化的电流2由a向b；由b向a；导线ab的运动方向和磁感线平行；不断改变3Emsint；Umsint；Imsint第16页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第17页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(1)交变电流：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(AC)说明：方向不变的电流叫直流电(DC)大小不变方向改变的电流也是交变电流第18页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日如下图所示图象中属于交流电的有 ()答案：ABC解析：图A、B、C中e的方向均发生

7、了变化，故它们属于交流电正确答案为A、B、C.第19页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日点评：判断电流为交变电流还是直流电就看方向是否变化如D选项，尽管大小随时间变化的图象与A相似，但因其方向不变，仍是直流电.第20页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(1)按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流，是一种最简单又是最基本的交变电流(2)产生原理：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中就会产生大小和方向均随时间作周期性变化的电动势，即交变电动势，如图所示第21页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(3)中

8、性面：当线圈转动到其平面与磁感线垂直的位置时，线圈所在的平面叫做中性面线圈位于中性面时，线圈中的各个边均不切割磁感线，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流的瞬时值均为零线圈每次通过中性面时，其内部的电流方向就要发生改变线圈转动一周经过中性面两次，感应电流的方向改变两次第22页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(4)我国工农业生产及生活使用的交变电流(即市电)都是正弦式电流第23页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日特别提醒：（1）在线圈转动过程中，磁通量最大时，磁通量变化率恰好为零；磁通量为零时，磁通量变化率恰好最大.（2）感应电

9、动势的大小由磁通量变化率决定，与磁通量的大小没有直接关系.第24页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日下图中哪些情况线圈中产生了交流电 ()第25页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日答案：BCD解析：紧扣正弦交流电产生的条件可知，轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状没有特别要求.第26页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(1)函数形式：电动势瞬时值eEmsint；电压的瞬时值uUmsint；电流的瞬时值iImsint；(2)图象形式：用正弦(或余弦)曲线表示交变电流随时间的变化规律，如下图所示第27页，共54页，2022年，5月20日，8

10、点53分，星期日(3)特点分析：第28页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日线圈转动过程中的平均电动势如何求？答案：线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即 同理，计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量，也必须用平均值，即 第29页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第30页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日 如图所示，虚线OO的左边存在着方向垂直于纸面向里的匀强磁场，右边没有磁场单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与

11、磁场右边界重合，线圈平面与磁场垂直线圈沿图示方向绕OO轴以角速度匀速转动(即ab边先向纸外、cd边先向纸里转动)，规定沿abcda方向为感应电流的正方向若从图示位置开始计时，下列四个图象中能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是()第31页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第32页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日解析： ab一侧的线框在磁场中绕OO转动产生正弦交变电流，由楞次定律得电流方向为dcba且越来越大； ，ab一侧线框在磁场外，而dc一侧线框又进入磁场，产生交变电流，电流方向为dcba且越来越小，以此类推，可知it图象为B.答案：B 第3

12、3页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日如图所示，一面积为S的单匝矩形线圈处于有界磁场中，能使线圈中产生交变电流的是 ()第34页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日A将线圈水平向右匀速拉出磁场B使线圈以OO为轴匀速转动C使线圈以ab为轴匀速转动D磁场以BB0sint规律变化答案：BCD解析：将线圈向右拉出磁场时，线圈中电流方向不变，A错，B、C两种情况下产生交变电流，只是在C情况下当线圈全部位于磁场外的一段时间内线圈内没有电流，由法拉第电磁感应定律可知D种情况下产生按余弦规律变化的电流，B、C、D对.第35页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，

13、星期日 如下图(a)所示，“匚”形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以下图(b)所示的交变电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的时间是 ()第36页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日A0t1Bt1t2Ct2t3 Dt3t4解析：0t1时间内，电流i由cd且逐渐增大，由安培定则及楞次定律可判定：闭合回路中的磁场方向垂直纸面向里，金属棒ab中的电流方向由ab，再由左手定则可判定，此时ab棒所受安培力向左选项A正确同理可判断出t1t2时间内，t3t4时间内ab棒所受安培力向右

14、，t2t3时间内ab棒所受安培力向左答案：AC第37页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日点评：本题是安培定则、楞次定律及左手定则与交流电变化规律的综合判断题分析时从cd中电流的变化规律出发，对各时间段内的电流变化引起的磁通量变化、感应电流的产生、电流在磁场中的受力方向逐一做出判断第38页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(2010南京六中高二期中)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e随时间t变化如图所示，下面说法正确的是 ()第39页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日At1时刻通过线圈的磁通量

15、为零Bt2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变化率的绝对值最大D每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大第40页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日答案：D解析：t1、t3时刻线圈中的感应电动势e0，故为线圈通过中性面的时刻，此时线圈的磁通量应为最大，磁通量的变化率为零故A、C不正确t2时刻eEm，应为线圈平面转至与磁感线平行时刻，磁通量为零，磁通量的变化率最大，B也不正确每当e变换方向时，也就是线圈通过中性面的时刻，通过线圈的磁通量绝对值最大，D正确.第41页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日如图所示，匀强磁场B0.1T，

16、所用矩形线圈的匝数N100，边长ab0.2m，bc0.5m，以角速度100rad/s绕OO轴匀速转动当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：第42页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(1)线圈中感应电动势的大小解析：(1)解法一：线圈经过时间t转过角度t，这时bc和da边不切割磁感线，ab和cd边切割磁感线产生感应电动势eabecdNBabvsint第43页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日第44页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日答案：(1)e314sin100tV(2)200V点评：解决此类题目首先要搞清正弦式电流产生的原理，其次要

17、搞清题意：第(1)问没有给出时间，即要求写出感应电动势随时间t变化的函数关系；第(2)问要理解平均电动势既不是最大电动势值的一半，也不是等于历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解第45页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1，线框绕OO轴以10rad/s的角速度匀速转动，如图所示垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T.问：第46页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日(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

18、？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式第47页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日解析：(1)交变电流电动势最大值为EmnBS100.50.2210V6.28V，电流的最大值为ImEm/R6.28/1A6.28A.(2)线框转过60时，感应电动势EEmsin605.44V.(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为eEmsint6.28sin10tV.第48页，共54页，2022年，5月20日，8点53分，星期日磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N匝，线框长为L1，宽为L2，转子的转动角速度为，磁极间的磁感应强度为B.导出发电机的瞬时电动势E的表达式现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电