资源描述
,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版文本样式,交变电流电磁波传感器,交变电流,一、交变电流,1.,交变电流：,.,，这种电流叫交变电流，俗称交流电,.,如图,11-1-1,所示,.,图,11-1-1,电流的大小和方向做,周期性的变化,2.,交变电流的产生和变化规律,当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生,.,如图,11-1-2,所示,.,图,11-1-2,设矩形线圈,abcd,以角速度,绕,OO,轴从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始逆时针方向转动,.,此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零,.,经过时间,t,线圈转过,t,角，这时,ab,边的线速度,v,方向跟磁感线方向夹角等于,t,，设,ab,边的长度为,l,，,bd,边的长度为,l,，线圈中感应电动势,为,e,=,.,由上式知，匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的,.,电动势：,e,=,E,m,sint,，电压：,u,=,U,m,sint,，电流：,i=I,m,sint,3.,中性面,当线圈转动至线圈平面,于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面,.,应注意：,中性面在垂直于磁场位置,.,垂直,线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量,.,线圈平面通过中性面时感应电动势为,.,线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向,，转动一周线圈两次通过中性面，故一周期内线圈中电流方向改变两次,.,最大,零,改变一次,4.,正弦交流电流的图象矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速度转动，线圈里产生正弦交流电,.,当线圈从中性面开始转动，在一个周期中：,0,T,/4,时间内，线圈中感应电动势从,0,达到最大值,E,m,.,在,T,/4,T,/2,时间内，线圈中感应电动势从最大值,E,m,减小到,0.,在,3,T,/4,时间内，线圈中感应电动势从,0,增加到负的最大值,-,E,m,.,在,3,T,/4,T,时间内，线圈中感应电动势的值从负的最大值,-,E,m,减小到,0.,电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图,11-1-3,所示,.,图,11-1-3,二、描述交变电流的物理量,1.,瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：,e,=,E,m,sint,i,=,I,m,sint,.,应当注意必须从中性面开始,.,生活中用的市电电压为,_,，其最大值为,(,有时写成为,310V),，频率为,Hz,，所以其电压瞬时值的表达式为,V.,220V,50,u,=311sin314,t,2.,最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大值，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，,E,m,=,(,转轴垂直于磁感线,).,电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值,.,NBS,3.,平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值,.,其,量值可用法拉第电磁感应定律来求，当线圈从中性面转过,90,的过程,中，有,.,计算平均值切忌用算术,平均法即求解,.,平均值不等于有效值,.,4.,有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流电流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，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值,.,正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：,E,=,E,m,U,=,U,m,I,=,I,m,对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求,.,通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值,.,用电器上所标电压、电流值也是指有效值,.,在计算交流电通过导体产生热量、电功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值,.,5.,交变电流的周期、频率、角速度,(1),周期,T,：交变电流完成一次周期性变化所需的时间,.,(2),频率,f,：,1s,内完成周期性变化的次数,.,(3),角速度,：,1s,内转过的角度,.,(4),三者关系：,T,=;=,=,.,我国民用交变电流的周期,T,=,、频率,f,=50Hz,、角速度,=,rad/s.,100,2,f,*,三、感抗和容抗,(,统称电抗,),1.,感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”,.,2.,容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”,.,描述交变电流的物理量,某交变电流电压表达式,u,=20sin314,t,V,，求这个交变电压的最大值,U,m,、有效值,U,、周期,T,、频率,f,，画出交变电流的,u-t,图象,.,已知交变电流的电压表达式,u=U,m,sint,，正弦符号前的系数即为最大值，根据正弦式交变电流的电压有效值与,最大值的关系,U,=,，可求得,U,，再根据,T,=,，求得,T,，由,f,=,，求得,f,.,据题意，交变电流电压最大值,U,m,=20V,有效值,U,=,T,=,=0.02s,f,=,=50Hz.,画出交变电流的电压随时间变化图象如下图所示,.,对于正弦交变电流，有效值与最大值之间有如下关系：,I,=,U,=,非正弦式交变电流，上述关系式不成立，它的有效值应根据有效值的定义来求,.,变式训练,1,：,如图,11,1,8,所示的是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的,(),A,周期是,s,B,最大值是,220,V,C,有效值是,220,V,D,表达式为,u=220,sin,100,p,t(,V,),图,1118,完全相同的两个电热器，分别通以图,11-1-9,所示的两种电流，最大值相同的方波交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比为,P,a,P,b,为,(,),A.11,B.21,C.12,D.12,图,11-1-9,方波交变电流，通过纯电阻用电器时，其电流大小均为,I,m,，只是方向做周期性变化,.,电热器产生的热量与电流方向无关,.,而正弦交变电流的电功率,P,=,I,2,R,中,I,是交变电流的有效值，正弦交流电的有效值与最大值的关系为,I,=,.,方波交变电流通过,R,时，产生的功率,正弦交变电流通过,R,时，产生的功率,故有,P,a,P,b,=21,，选,B,变式训练,2,：,在如图,11-1-:10,所示的交变电流中，每个周期的后半周期的图象为半个周期的正弦曲线,.,求此交变电流的有效值,.,图,11-1-10,掌握交流电的图象知识，会用图象解答相关问题,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,11-1-11,所示,.,图,11-1-11,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,变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大,应把交变电流的图象与线圈转动位置对应起来，线圈平面垂直于磁感线的位置为中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，感应电流为零，恰是电流改变方向的时刻，对应图象中的,t,1,、,t,3,时刻；线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，对应图象中的,t,2,、,t,4,时刻，因此正确的选项是,D.,变式训练,3,：,一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图,11-1-12,所示，,图,11-1-12,由图可知,(),A.,该交流电的电压瞬时值的表达式为,u,=100sin25,t,V,B.,该交流电的频率为,410,-2,Hz,C.,该交流电的电压的有效值为,100V,D.,若将该交流电压加在阻值为,R,=100,的电阻两端，则电阻消耗的功率是,50W,答案：,D,掌握交流电的变化规律，会进行交流电物理量的计算,如图,11-1-13,所示，矩形线圈,abcd,的匝数为,n,=50,匝，线圈,ab,的边长为,l,1,，,bc,的边长为,l,2,，在磁感应强度为,BT,的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的,OO,轴匀速转动，转动的角速度,=100 rad/s,，若线圈自身电阻为,r,=1,，负载电阻,R,=9.,试求：,(1),穿过线圈平面的最大磁通量,m,；,(2),线圈在图示位置,(,线圈平面与磁感线平行,),时，感应电动势,e,的大小；,(3),1min,时间内电阻,R,上产生的焦耳热,Q,的大小,.,图,11-1-13,(1),穿过线圈平面的最大磁通量,m,=,BS,=,Bl,1,l,2,(2),线圈在图示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为,e=E,m,=NBS,=,nBl,1,l,2,=500.40.20.25100 V,=100 V,(3),电动势的有效值为,E,=100V,电流有效值为,I,=10A,电阻,R,上产生的热量为,Q,=,I,2,Rt,=10,2,960J=5.410,4,J,变式训练,4,：,如图,11-1-14,所示，求线圈由图示位置转过,60,角的过程中，通过线圈某一横截面的电荷量,.,图,11-1-14,
展开阅读全文