交变电流的产生及变化规律.ppt

1、磁,电,电磁感应,你能不能运用电磁感应的知识设计一个发电机的模型 ？,第五章 交变电流,直流电(DC),方向不随时间变化的电流 电池供给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属于直流.,交变电流(AC),大小和方向都随时间做周期性变化的电流 家庭电路中的电流,电流的分类,5.1 交变电流,第五章 交变电流,一、交变电流的产生,1.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动就产生了交流电,思考：,线圈在匀强磁场中转动，线圈里的感应电流为什么是交变电流呢？,探究实验,2.观察电流方向：线圈转动到什么位置时电流改变方向？,线圈转动一周电流方向改变几次？,1.观察电流大小：线圈在什么位置电流最大，在什么位置

2、电流最小？,这时磁通量是最大还是最小？,一、交变电流的产生,1.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动就产生了交流电,2.中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。,垂直中性面时:=0，/t最大，E最大,1)经中性面时:最大，/t=0 ,E=0,2)线圈每通过中性面一次，电流的方向改变一次。转动一周，电流的方向改变两次。,二、交变电流变化的规律,用示波器观察灯泡两端电压的图象,【演示实验】,1、按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。,设矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动。ab、cd长度为L1，ad、bc长度为L2。,1.线圈转到甲乙两图所示位置时感应电动势多大?,2.

3、线圈转到任意位置时感应电动势满足什么关系?,思考与讨论,二、交变电流变化的规律,1.按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。,2.瞬时值表达式： 1）电动势：e=Emsint 2）电流： i=Imsint 3）电压： u=Umsint,（Em=NBS）,（Im= ）,（ Um=ImR ）,（中性面开始计时）,3.图像：,二、交变电流变化的规律,3.图像：,二、交变电流变化的规律,4.几种交变电流：,、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，这样的位置叫做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，感应电流方向改变,、交流电的产生：矩形线圈在匀

4、强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时，线圈中就会产生,、交变电流：和 都随时间做 的电流叫做交变电流电压和电流随时间按 变化的交流电叫正弦交流电,大小,方向,正弦规律,感应电流,中性面,两次,周期性变化,课堂练习,4.线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值为若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为 ,e=Emsint,i=(Em/R)sint,课堂练习,5.一线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示,下面说法中正确的是（ ） A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁

5、通量的绝对值最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小,C,课堂练习,一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V，线圈匀速转动的角速度为=314rad/s。 试写出电动势瞬时值的表达式。 如果这个发电机的外电路只有电阻元件，发电机内线圈电阻为200，外电路电阻为1800 电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式 。 路端电压的峰值是多少 ？写出路端电压的瞬时值的表达式。,课堂练习,三、交流发电机,（阅读课本内容）,三、交流发电机,1.基本组成：,（阅读课本内容）,2.基本种类：,电枢 磁极,旋转电枢式发电机,旋

6、转磁极式发电机,交流发电机,第五章 交变电流,5.2 描述交变电流的物理量,复习回顾,(一)交变电流：,大小和方向随时间作周期性变化的电流叫交变电流;简称交流电。,其中按正弦规律变化的交流电叫正弦式交流电。,（二）正弦式交流电的产生及变化规律,a.匀强磁场, b.绕垂直于磁场方向的轴, c.匀速转动.,跟磁感线垂直的平面叫做中性面。,1、产生条件：,2、中性面：,a.磁通量最大， b.磁通量变化率为零，无感应电动势 c.每经中性面电流方向改变一次，一周改变两次。,复习回顾,3、正弦交流电的变化规律：,（1）公式法：从中性面开始计时,瞬时电动势 e=Emsint,Em=NBS,瞬时电流 i=Im

7、sint,瞬时电压 u=Umsint,（2）图象法：如图所示,Im=,（ Um=ImR ）,一、周期和频率,1.周期:完成一个周期性变化所用的时间。 符号:T 单位:秒,2.频率:交流在1s内完成周期性变化的次数。 符号:f 单位:赫兹(Hz),3. 关系：Tf=1,4. 意义：表示交变电流变化的快慢,我国生产和生活所用交流电的周期 T=_s，频率f= _Hz，角速度=_ _rad/s，在1s内电流的方向 变化_次。,0.02,50,100,100,生活常识：,二、最大值和有效值,1.最大值：（峰值）,交变电流在一个周期内所能达到的最大数值,1）SB时， Em=NBS,2）反映交变电流的变化范

8、围及各物理量所能达到的最大峰值,3）电容器上的标称电压值（耐压值）是电容器两极间所允许电压的最大值,1.直流电与交流点的效果是否一样？,思考与讨论,2.若使它们发光情况一样，比较灯泡两端的电压有什么特点？,交流与探讨：,解：根据焦耳定律得：,交流与探讨：,问题2：如图所示电流I通过一个R=1的电阻。它不是恒定电流。 1. 怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量? 2. 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在s内产生同样的热量，这个电流是多大？,二、最大值和有效值,2.有效值：（根据电流的热效应规定） 1）让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，

9、就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。 （抓三同 ）,2）关于有效值的讨论： 一般说到交流的电动势、电压、电流时，指的都是有效值。 各种交流电器设备上的标示值及交流电表上的测量值都指有效值。 关于功率、电能的计算用有效值。,二、最大值和有效值,3.正弦交流电最大值和有效值的关系：,三、相位和相位差,阅读课文相关内容，填空：,t,初相位,相位差,常数,1. 100匝矩形线圈，两边的长度分别是0.2m和0.1m,磁感应强度B=1T,转速=5rad/S,则线圈中产生的感应电动势最大值为 V,从中性面开始转动的交流电动势瞬时值表达式为： e= V,有效值为 V。,10,10sin5t,课堂练习,

10、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示，如果其它条件不变，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 V和 s，该交流电的感应电动势的有效值变为 V，瞬时值表达式为 。,课堂练习,一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度是100rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？,（3）线圈从中性面转过180的过程中，转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？ （4）电动势的最大值、平均值、有效值分别是多少？,答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（