交流电的产生1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章,交变电流,1. 交变电流的产生,1,一.数字式电表测电源端电压:P42,说明:直流电源有正负,交流电源没有,二.示波器观察两种电源的电流的图像:P42,说明:直流电源提供的电流的大小和方向都不随时间变化,是恒定电流;交流电源提供的电流大小和方向随时间做周期性变化,称这种电流为交变电流,俗称交流电,三.交流电的产生,1.交流发电机:,(1)构造:线圈(电枢)和磁极两部分.注:使用电磁铁的发电机叫励磁发电机,(2)原理：法拉第电磁感应定律。发电机是把机械能转化成电能的装置,2,(3)类型:旋转电枢式发电机；旋转磁极式发电机。转动部分叫转子；固定不动的部分叫定子。,思考与讨论;,(1).将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路，当线框缓慢转动（或快速摆动）时，观察到什么?,(2).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？,3,2、交变电流的产生,线圈与中性面面转过角度,磁通,切割磁力线速度,感生电流,最大,最大,最大,最大,反向最大,反向最大,最大,4,（1）中性面线框平面与磁感线垂直的位置。,（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈最大，但,=0。,（3）线圈越过中性面，线圈中,I,感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。,注：,5,3交变电流的变化规律,设线圈平面从中性面开始转动，角速度是,。经过时间,t,，线圈转过的角度是,t,，,ab,边的线速度,v,的方向跟磁感线方向间的夹角也等于,t,，如右图所示。设,ab,边长为,L,1,，,bc,边长,L,2,，磁感应强度为,B,，这时,ab,边产生的感应电动势多大?,cd,边中产生的感应电动势跟,ab,边中产生的感应电动势大小相同，又是串联在一起，此时整个线框中感应电动势多大?,(1)感应电动势随时间的变化规律：,6,若线圈有,N,匝时，相当于,N,个完全相同的电源串联，,e,=,NBL,1,L,2,sin,t,，令,E,m,=,NBL,1,L,2,，叫做感应电动势的峰值，,e,叫做感应电动势的瞬时值。,7,（2)感应电流及电路上某一段电压随时间的变化规律：,根据闭合电路欧姆定律，感应电流的最大值,I,m,=,，感应电流的瞬时值,i,=,I,m,s,i,n,t,。,根据部分电路欧姆定律，电压的最大值,U,m,=,I,m,R,，电压的瞬时值,U,=,U,m,sin,t,。,电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示，如下图所示：,8,电枢转动位置与电动势及电流的瞬时对应关系,9,四几种常见的交变电波形,五.课堂总结、点评,1矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流。,2从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为,e,=,NBS,s,i,n,t,，感应电动势的最大值为,Em,=,NBS,。,3中性面的特点：磁通量最大为,m,，但,e,=0。,10,实例探究,交变电流的图象、交变电流的产生过程,【例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,t,1,时刻通过线圈的磁通量为零,B,t,2,时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大,C,t,3,时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大,D每当,e,转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大,答案:D,11,交变电流的变化规律,【例2】在匀强磁场中有一矩形线圈，从中性面开始绕垂直于磁感线的轴以角速度,匀速转动时，产生的交变电动势可以表示为,e,=,E,m,sin,t,。现在把线圈的转速增为原来的2倍，试分析并写出现在的交变电动势的峰值、交变电动势的瞬时值表达式，画出与其相对应的交变电动势随时间变化的图象。,e,=,E,msi,n,t,=2,E,msi,n,2,t,12,分析物理图象的要点：,一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”、看“截距”、看“面积”、看“拐点”，并理解其物理意义。,二变：掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。,三判：在此基础上进行正确的分析和判断。,13,【例3】 如图所示，匀强磁场的磁感应强度,B,=2 T，匝数,n,=6的矩形线圈,abcd,绕中心轴,OO,匀速转动，角速度,=200 rad/s。已知,ab,=0.1 m，,bc,=0.2 m，线圈的总电阻R=40，试求：,（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；,（2）设时间,t,=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,t,变化的图象；,（4）当,t,=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？,（5）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值是多大？,综合应用,(1)1.2 A,(2)e,=,E,msin,t,=48sin200,t,V,(4)0.6 A,14,作业：,一矩形线圈，面积为s，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着中轴oo做匀速转动，角速度为，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面开始计时，求：,（1）线圈中感应电动势的最大值？,（2）线圈中感应电动势随时间变化的表达式？,（3）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？,（4）线圈中的电流瞬时表达式,15,8图为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度,B,= 0.5 T，线圈匝数,N,=50匝，每匝线圈面积为0.48 m,2,，转速为150 r/min，在匀速转动过程中，从图示位置线圈转过90开始计时.,（1）写出交流感应电动势瞬时值的表达式；,（2）画出,e,-,t,图线。,9如图所示，正方形线圈,abcd,绕对称轴,OO,在匀强磁场中匀速转动，转动次数,n,=120 min,-1,，若已知,ab,=,bc,=20 cm，匝数=20，磁感应强度,B,=0.2 T，求：,（1）转动中最大电动势位置；,（2）从图示位置转过90过程中的平均电动势。,16,