交变电流幻灯片

1 公里旁，旷野上，坚公里旁，旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去来，向天际而去导导 入入 新新 课课2 这些由发电厂、变电站而来的输电线，将这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。电，电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。电，每时每刻都在为人类做着巨大贡献。每时每刻都在为人类做着巨大贡献。来自发电厂的电有什么特征来自发电厂的电有什么特征？我们怎样才我们怎样才能更好的利用它能更好的利用它？这节课我们就来学习与此相这节课我们就来学习与此相关的内容。关的内容。341 1、交变电流、交变电流：大小和方向都随时间做周期性大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流变化的电流叫做交变电流,简简称交流称交流(AC)。2 2、直流电：、直流电：方向不随时间变化的电流叫方向不随时间变化的电流叫做直流电做直流电,简称直流（简称直流（DC）。）。50it恒定直流恒定直流0it半波整流半波整流0it全波整流全波整流脉脉冲冲直直流流恒定电流恒定电流:大小和方向都不随大小和方向都不随时间变化的电流时间变化的电流67交变电流在生产生活中有广泛应用交变电流在生产生活中有广泛应用8转子转子电刷电刷电刷电刷定子定子9i it t0 0(2)i it t0 0(1)i it t0 0(3)i i0 0t t(4)i i0 0t t(5)（1）（）（2）（）（5）观察下列几个电流与时间的图象观察下列几个电流与时间的图象,判判断哪些是交变电流？断哪些是交变电流？1011 二、交变电流的产生（交流发电机）二、交变电流的产生（交流发电机）1 1、发电机的基本构造、发电机的基本构造线圈：线圈：转轴垂直于磁场方向转轴垂直于磁场方向磁极：磁极：磁极间形成匀强磁极间形成匀强磁场磁场为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？时线圈里能产生交变电流？12交变电流交变电流(交流电交流电)的产生的产生线圈在磁场中运动产生交变电流线圈在磁场中运动产生交变电流13 为了能更方便地说明问题，我们将立体为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析图转化为平面图来分析.甲乙丁丙戊14(甲甲)没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线 中性面：中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面。中性面。BS，最大，最大，E=0,I=0 线圈经过线圈经过中性面中性面时，时，最大最大，但线圈中的，但线圈中的电动势为零电动势为零15(乙乙)a（b）、）、d（c）边垂直切割磁感线边垂直切割磁感线BS，=0，E最大，最大，I最大最大 感应电流方向感应电流方向b到到a线圈与磁场平行时，线圈与磁场平行时，最小最小，但线圈中的，但线圈中的电动势最大电动势最大16(丙丙)BS，最大，最大，E=0,I=0 又见中性面又见中性面17 BS，=0，E最大，最大，I最大，最大，感应电流方向感应电流方向a到到b丁丁18 BS，=0，E最大，最大，I最大，最大，感应电流方向感应电流方向a到到b戊戊19那么整个连续的过程是怎么样的呢？那么整个连续的过程是怎么样的呢？0最大最大0反向最大反向最大020动画：交流发电机的工作原理动画：交流发电机的工作原理21 假定从假定从E经过负载流向经过负载流向F的电流为正，反的电流为正，反之为负，在坐标上标出线圈达到甲、乙、丙、之为负，在坐标上标出线圈达到甲、乙、丙、丁四个位置对应的时刻和电流。丁四个位置对应的时刻和电流。22交流电的图像交流电的图像 真的是这样吗？真的是这样吗？23图象图象24 中性面在垂直于磁场位置。中性面在垂直于磁场位置。线圈通过中性面时，穿过线圈的线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量磁通量最大最大。线圈平面通过中性面时线圈平面通过中性面时感应电动势为零感应电动势为零。线圈平面每转过中性面时，线圈中感应线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故性面，故一周里线圈中电流方向改变两次。一周里线圈中电流方向改变两次。注意注意25设正方形线圈的边长为设正方形线圈的边长为L L，在匀强磁场，在匀强磁场B B中绕中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，abab和和cdcd边垂直于纸面，转轴为边垂直于纸面，转轴为O O1 1、线圈转动一周，多少次经过中性面、线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次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、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这时感应电动势是最大还是最小?3 3、线圈转到什么位置时磁通量最小、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这时感应电动势是最大还是最小?思考与讨论思考与讨论.a(b)a(b)c(d)c(d)O O26 1.中性面中性面：垂直磁场方向的平面垂直磁场方向的平面（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大=BS，但，但/t=0 最小最小，（，（ab和和cd边都不切边都不切割磁感线），线圈中的感应割磁感线），线圈中的感应电动势为零电动势为零（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动转动一周一周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两两次次2.线圈平行与磁感线时，线圈平行与磁感线时，=0,/t最大最大，感应感应电动势最大电动势最大。2728 设线圈平面从中性面开始转动，设线圈平面从中性面开始转动，角速度是角速度是经过时间经过时间t t，ABAB、CDCD宽宽L L1 1，ADAD、BCBC长长L L2 2 ，磁感应强度是磁感应强度是B.B.BvA(B)D(C)t=0v11v中性面中性面 线圈与中性面的夹角是多少？线圈与中性面的夹角是多少？AB边的速度多大？边的速度多大？AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？边速度方向与磁场方向夹角是多大？AB边中的感应电动势多大？边中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？tt22LVtLBLVBLesin2sin2111tBStLBLesinsin222129三交变电流的变化规律三交变电流的变化规律 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 ）tBSesintNBSesin所以NBSEm令则有 tEemsine为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）若为若为N匝线圈匝线圈30（1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化 成立条件成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时开始计时（2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化（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 tEemsintIimsintUumsin电流通过电流通过R 时：时：tIimsin.RIUiRumm，31交变电流的变化规律交变电流的变化规律(1)感应电动势感应电动势:e=nBssint=Emsint (从中性面开始计时从中性面开始计时)(2)感应电流感应电流:i=(nBs/R)sint=Imsint (从中性面开始计时从中性面开始计时)(3)外电路电阻两端的电压外电路电阻两端的电压:u=Umsint (从中性面开始计时从中性面开始计时)32 开始计时开始计时(t=0),线圈位置线圈位置(初相位初相位)不不同同,出现出现正弦正弦与与余弦余弦的表达式的表达式et0e =Emsintet0e =EmcostEm=nBSEm=nBS(从中性面开始计时从中性面开始计时)(从垂直中性面开始计时从垂直中性面开始计时)33交变电流的种类交变电流的种类(1)正弦交流电正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲家庭电路中的正弦交流电流示波器中的锯齿波扫描电压电子计算机中的矩形脉冲激光通信中的尖脉冲34 （2）大型发电机线圈中电流很大，为了）大型发电机线圈中电流很大，为了不使大的电流通过电刷，实际发电机都是磁不使大的电流通过电刷，实际发电机都是磁铁铁(电磁铁电磁铁)旋转（为转子）旋转（为转子）,而线圈是固定的而线圈是固定的（定子）（定子）.磁铁旋转式发电机模型35交流发电机简介交流发电机简介3637（1）发电机的基本组成：）发电机的基本组成：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（2）发电机的基本种类）发电机的基本种类 旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）38 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，不动的部分叫不动的部分叫定子定子。391、交变电流交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流大小和方向都随时间作周期性变化的电流.小结小结2、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过程中产生正过程中产生正(余余)弦式交流电，其变化规律：弦式交流电，其变化规律：(1)方向变化规律方向变化规律线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，一次，感应电流的感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电流，感应电流的方向改变的方向改变两次两次。(2)大小变化规律大小变化规律按正弦规律变化：按正弦规律变化：e=Emsint Em=NBS 叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R 叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR 叫电压的最大值叫电压的最大值 瞬瞬时时值值40Em-EmsinmeEt（1 1）线圈与磁感线垂直时）线圈与磁感线垂直时感应电动势感应电动势_,磁通量磁通量_。是电流方向是电流方向_的位置。的位置。（2 2）当线圈与磁感线平行时：）当线圈与磁感线平行时：感应电动势感应电动势_，磁通量，磁通量_。（3 3）线圈连续匀速转动的过程中：）线圈连续匀速转动的过程中：电流的大小和方向都做电流的大小和方向都做_变化。变化。04T34Tet2TT最小最小最大最大最大最大最小最小发生变化发生变化周期性周期性41下列表示交变电流的有（下列表示交变电流的有（）例例1iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teuCE422 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平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面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是()：T1时刻通过线圈的磁通量为零；T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。答案：D43练习446、一矩形线圈、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势e随时随时间间t的变化如图所示的变化如图所示,下面说法中正确的是下面说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零B.t2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C.t3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D.每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小对值最小et0t1t2t3t4Em-EmC45 4、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度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V（4）/t=311/N（Wb/s）461.1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈abab边长为边长为20cm20cm，adad边长为边长为10cm10cm，磁感应强度，磁感应强度 B=0.01TB=0.01T，线圈的转速，线圈的转速n=50r/sn=50r/s，求：电动势，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。的最大值及对应的线圈位置。0.0628V 0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。线圈平面与磁场方向平行。2.2.如图所示：匝数为如图所示：匝数为NN、面积、面积为为S S的矩形线圈在匀强磁场的矩形线圈在匀强磁场B B中中匀速转动，角速度为匀速转动，角速度为，求线，求线圈从图示位置转过圈从图示位置转过180180度时间度时间内的平均感应电动势。内的平均感应电动势。.E平均=S2N B/47高高 考考 链链 接接 1.（91年全国高考题）年全国高考题）一矩形线圈，绕垂一矩形线圈，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转动。线圈中的感应电动势e随时间随时间t的变化的变化如图所示。下面说法中正确的是（如图所示。下面说法中正确的是（）D48 A t1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零 B t2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 C t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大最大 D 每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大对值都为最大49 2.（1992年全国高考题）年全国高考题）交流发电机在工作交流发电机在工作时的电动势为时的电动势为e=E0sinwt,若将其电枢的转速提若将其电枢的转速提高高1倍，其他条件不变，则其电动势变为倍，其他条件不变，则其电动势变为（）A E0sin B 2E0sin C E0sin2wt D 2E0sin2wt2t2tD50 3.（1998年全国高考题）年全国高考题）一理想变压器，一理想变压器，原线圈匝数原线圈匝数n1=1100，接在电压为，接在电压为220V的交的交流电源上。当它对流电源上。当它对11只并联的只并联的“36V、60W”灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知该变灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知该变压器副线圈的匝数压器副线圈的匝数n2=_，通过原线圈，通过原线圈的电流的电流I1=_A。180 3 51 1.在如图所示的几种电流随时间变化的在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是图线中，属于交变电流的是_，属于，属于正弦交变电流的是正弦交变电流的是_。课课 堂堂 练练 习习 tiABCDA B DA52 2.交流发电机工作时的电动势的变化规交流发电机工作时的电动势的变化规律为律为e=EmSint，如果转子的转速，如果转子的转速n提高一倍，提高一倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（为（）A e=EmSin2t B e=2EmSin2t C e=2EmSin4t D e=2EmSint B53 3.线圈从中性面开始转动，角速度是，线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圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一，那么在任一时刻时刻t感应电动势的瞬时值感应电动势的瞬时值e为为 若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为为Em-Em 0t54教材习题答案教材习题答案 1.解答：磁铁靠近白炽灯，发现灯丝颤解答：磁铁靠近白炽灯，发现灯丝颤动。因为通有交变电流的灯丝处在磁场中要动。因为通有交变电流的灯丝处在磁场中要受到力的作用，灯丝受到的磁场力的大小、受到力的作用，灯丝受到的磁场力的大小、方向都随时间做周期性变化，因此灯丝颤动。方向都随时间做周期性变化，因此灯丝颤动。2.解答：这种说法不对。解答：这种说法不对。3.解答：解答：6.310-2V 4.解答：解答：e=Emsint=400sin(314t)5.解答：解答：e=BSw,电流方向为电流方向为KNMLK5556【演示【演示1】观察小灯泡的观察小灯泡的发光发光情况情况“亮亮”、“闪闪”亮亮:说明有电流通过灯泡说明有电流通过灯泡闪闪:通过灯泡电流大小是变化通过灯泡电流大小是变化 线框中产生的感应电流强度大小是变化的线框中产生的感应电流强度大小是变化的57【演示【演示2】观察二极管的观察二极管的发光发光情况情况交替发光交替发光 通过二极管的电流通过二极管的电流方向方向是周是周期性变化的期性变化的线框中产生的感应电流方向是变化的线框中产生的感应电流方向是变化的G G58 交变电流交变电流:大小大小和和方向方向都随时间做周期性都随时间做周期性的变化。简称的变化。简称交流交流（AC）交变电流在生产生活中有广泛应用交变电流在生产生活中有广泛应用59科学漫步科学漫步 （1）发电机模型一般是两个磁极）发电机模型一般是两个磁极,每转每转一周，周期性变化一次一周，周期性变化一次 实际发电机通常是四磁极（多极），每实际发电机通常是四磁极（多极），每转一周周期性变化两次，得到相同频率的交转一周周期性变化两次，得到相同频率的交流电时流电时,可以降低转子的角速度可以降低转子的角速度60 50Hz交流电发电交流电发电机机 其转子其转子 3000r/min 50Hz交流电发交流电发电机其转子电机其转子 1500r/min61三峡电厂发电机的多极转子三峡电厂发电机的多极转子62恒定电流恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流大小和方向都不随时间变化的电流直流电直流电(DC)：方向不随时间变化的电流：方向不随时间变化的电流63 以线圈经过以线圈经过中性面开始中性面开始计时，在时刻计时，在时刻 t t 线圈中的感应电动势（线圈中的感应电动势（abab和和cdcd边切割磁边切割磁感线感线 ）sineNBStmENB S令令则有则有 tEemsine 为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值的瞬时值Em为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）64课课 堂堂 小小 结结 （1）交变电流）交变电流：大小和方向都随时间作周：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。期性变化的电流。（2）矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场）矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动的轴匀速转动 （3）线圈平面每经过中性面一次，感应电）线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。流的方向改变两次。65以线圈经过中性面开始计时，切割边以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边，另一边L2,推导任意时刻推导任意时刻t线线圈中的感应电动势（圈中的感应电动势（演示演示）tvNBLesin2122Lv又tLLNBesin2121LLNBEm令则有 tEemsine为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）NBS=NBS三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律