交变电流学案

第五章交变电清平第一节交变电荒山【学习目标】1.理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面..掌握交变电流的变化规律及表示方法..理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.【重点、难点】1.交变电流产生的物理过程的分析；2.交变电流的变化规律及应用.【课堂导学】一、交变电流交变电流：和都随时间做的电流叫做交变电流，简称交流（AC）。电压和电流随时间按变化的交流电叫正弦交变电流。方向不随时间变化的电流称为（DC）。二、交变电流的产生发电机的原理：线圈abcd处在磁场中，线圈的ab边和cd边连在金属滑环上；用导体做的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。假定线圈沿逆时针方向匀速转动，考虑以下几个问题。（1）矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势？（2）请根据立体图画出平面图。（3）线圈由甲转到乙的过程中，ab边的电流方向向哪？线圈由丙转到丁的过程中，ab边的电流方向向哪？（4）当线圈转到什么位置时没有电流，线圈转到什么位置时，电流最大？为什么？这些位置的磁通量及磁通量的变化有什么特点?（5）线圈每转一周，电流方向改变几次？电流改变方向的时刻发生在哪个位置?1,定义中性面：线圈平面与磁感线的位置叫中性面。图中处于中性面。①线圈处于中性面位置时，穿过线圈①,-9=,（B//v）,导体不tTOC\o"1-5"\h\z切割磁感线，所以E=,I=。线圈处于中性面垂直位置时，穿过线圈①，-9=,（B，v）,导体t垂直切割磁感线，所以E,I。②线圈越过中性面，线圈中感应电流方向要。线圈转一周，有次经过中性面，所以每转一周电流方向改变两次改变次。2.交变电流的产生思考与讨论1：填写下列五个位置的感应电动势大小和电流方向E=E=E=E=E=交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间力，纵坐标表示感应电动势e（感应电流i），大致画出下列图像，规定a到b的方向为正。思考与讨论2在磁感应强度为B的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度为s,ab=cd=l,bc=ad=l,从中性面开始计时，经过时间t。⑴线圈与中性面的夹角是多少？ab边的速度多大？ab边速度方向与磁场方向夹角是多少？ab边产生的感应电动势多大？cd边中产生的感应电动势多大？整个线圈中感应电动势多大？三.交变电流的变化规律.规律：由理论推导和图像分析可以得出，交流发电机的电动势随时间的变化规律为Em表示电动势可能达到的最大值，叫做电动势的峰值，3是发电机线圈转动的角速度。.峰值和瞬时值：若线圈有N匝时,相当于N个完全相同的电源串联,e=NBL1L2ssinst,令Em=，叫做感应电动势的最大值,e叫做感应电动势的瞬时值。当负载为电灯等用电器时，负载两端的电压u、流过的电流i,也按正弦规律变化，即u=i=式中Um和Im分别为电压和电流的峰值，而e、u、i则是这几个量的瞬时值。.正弦式交流电：的交变电流是正弦电流。它是最简单最基本的交变电流。【典例分析】例1一矩形线圈绕垂直于匀强磁场方向、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的变化情况如图所示，则（）%时刻穿过线圈的磁通量为零1时刻穿过线圈的磁通量最大t：时刻穿过线圈的磁通量变化率为零t；时刻穿过线圈的磁通量为零例2如图所示，匀强磁场的磁感应强度5=2T,匝数〃=6的矩形线圈仍cd绕中心轴0。匀速转动，角速度3=200rad/s。已知劭=0.1m,bc=0.2m,线圈的总电阻R=40Q,试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；（2）设时间仁0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；（3）画出感应电流的瞬时值i随皿变化的图象；（4）当3仁30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？兀（5）线圈从图示位置转过亍的过程中，感应电动势的平均值是多大？例3交流发电机产生的交流电动势为e=Esinst（V）。如果将转子的转速提高一倍，匝数TOC\o"1-5"\h\z减少一半，其他条件保持不变，则交流电动势的表达式变为（）A.e=2Esin3tB.e=Esin23tC.e=Esin3tD.e=2Esin23t【同步检测】mmm1、关于交变电流与直流电的说法中，正确的是（）A、如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B、直流电的大小可以变化，但方向一定不变C、交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D、交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化2、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是（）A、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C、穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D、穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零3、线圈平面与中性面开始计时，在正弦交流电在一个周期内，关于线圈中的感应电动势和感应电流，下列说法正确的是（）A、方向改变一次，大小不断变化，出现一次最大值B、方向改变两次，大小不断变化，出现一次最大值C、方向改变一次，大小不断变化，出现两次最大值D、方向改变两次，大小不断变化，出现两次最大值4、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随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（）A、％时刻通过线圈的磁通量为零B、％时刻通过线圈的磁通量最大C、13时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D、当变化方向时，通过线圈的磁通量的绝对值最大【综合评价】1、一矩形线框放在匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，下列情况下矩形线框中能够产生交

流电的是（）流电的是（）A、线框沿磁场方向平动B、线框沿垂直磁场方向平动C、线框以垂直磁场方向的转轴转动D、线框沿平行磁场方向的转轴转动2、矩形线框垂直于匀强磁场且位于线框平面的轴匀速转动时产生交变电流，下列说法正确的是（）A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势为零C.每当线框掠过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次D.线框经过中性面时各边切割线的速度为零3、交流发电机在工作时产生的电动势为0=£1^亩33若将其电枢转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为（）3tA.Em3tA.Emsin3tB.2Emsin—C.Emsin2stD.2Emsin23t4、如图甲所示，A、B为相同的环形线圈，它们共轴且相距很近，A线圈中通有图乙所示的交变电流，则（）A.在11时刻，A、B的相互作用力为零B.在11到12时间内，A、B相互吸引C.在12到13时间