选修3-2-5.1-交变电流

5.1交变电流第五章交变电流东海县白塔高级中学高二物理组【演示1】观察小灯泡的发光情况“亮”、“闪”闪:亮:通过灯泡电流大小是变化说明有电流通过灯泡线框中产生的感应电流强度大小是变化的一、交变电流的概念【演示2】观察二极管的发光情况交替发光通过二极管的电流方向是周期性变化的线框中产生的感应电流方向是变化的G1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流（AC）2.直流电:方向不随时间变化的电流（DC）恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流（如电池供给的电流）一、交变电流的概念3.交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流，实验室的学生电源就有这种功能。it0(2)it0(1)it0(3)i0t(4)i0t(5)（1）（2）（5）观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些是交变电流？那么，交变电流是如何产生的呢？转子电刷电刷定子二、交变电流的产生线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动问题1.线圈转动过程中,哪些边在切割?a(b)(c)dv5v6acdHFb这两条边是否一直在切割?中性面的概念思考:在这个位置磁通量是多大?电动势是零此时线圈所在的与磁感线垂直的平面叫做中性面a(b)(c)dv1v2abcdHF问题2.整个单匝线框在与中性面垂直位置时产生的感应电动势是多大?a(b)(c)dv5v6E=Eab+Ecd=BL1v5+BL1v6=BL1L2ω=Bsω思考:磁通量是多大?adHF中性面0E=Bsω是最大感应电动势吗？（1）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？B→A问题3：假如线圈沿逆时针转动，分析下面几个问题乙转到丙的过程中，AB边中电流变化吗？不变B→A总结：从中性面转过180度，电流方向不变，电流大小先变大后变小。（2）在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？A→B总结：当线圈转过中性面，电流方向发生改变。（3）线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?2次经过中性面，电流方向改变2次问题4.若单匝线框从中性面开始转动,经过一段时间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?θV3V4acdHF中性面三、交变电流的变化规律θV3V4θθV3⊥V3∥V4∥V4⊥acdHFbe=Bsωsin(ωt)中性面瞬时值2211LLeBLsinBLsin221314eBLVsinBLVsineBssinBsints瞬时值峰值问题5.若n匝线框从中性面开始转动,经过一段时间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?θV3V4menBssintEsintacdHFb中性面问题6.若有n匝线框在匀速转动,整个线框的总电阻为r,外电阻为R,则通过电阻的电流和电阻两端的电压分别是多少?θV3V4vui中性面meEsinteiRruiRmRuEsintRrmEisintRrmiIsintmuUsint瞬时值瞬时值峰值峰值问题7.前面是用表达式表示交流电的变化规律,怎样用图象表示交流电的变化规律?tωtT3T/4T/2T/4O3π/2ππ/22πeEm=nBsωEmmeEsint四、交变电流的图像小结•通过以上分析可知：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，可以得到按正弦规律变化的交变电流,这种交变电流叫做正弦式交变电流,简称正弦式电流.•在目前的电力系统中应用的大多是正弦式电流.•补充：若线框从垂直中性面开始计时，在t时刻线圈中的感应电动势？并画出图象。e=nBsωcosωt=EmcosωttωtT3T/4T/2T/4O3π/2ππ/22πeEm•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（）•A．t1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•C．t3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D•例2：如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，角速度ω=200rad/s，已知ab=0.1m，bc=0.2m，•（1）感应电动势的最大值；•（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；abcdOO/B148m()EnBSv248200m()eEsintsint(v)例3.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=EmSinωt，如果转子的转速n提高一倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为：A。e=EmSin2ωtB.e=2EmSin2ωtC.e=2EmSin4ωtD.e=2EmSinωtB例4：如图，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀速转动，转速n=50r/s。已知ab=0.1m，bc=0.2m，线圈的总电阻R=12Ω，试求：（1）线圈中感应电动势和感应电流的最大值；（2）当ωt=30°时，线圈中感应电动势和感应电流的瞬时值各是多大？abcdOO/B(1)24();2()mmEVIA(2)123();3()eViA例5：如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。ω...E平均=S2NBω/π请看自主学习p27，了解平均值的应用例7：一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ω=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，总电阻为2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。e=EmsinWt=400sin314t解：电动势瞬时值的表达式为：电流峰值为：Im=Em/R=400÷2000=0.2A电流瞬时值的表达式为：i=ImsinWt=0.2sin314t例8：一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100πrad/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100Ω，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（1）e=311Sin100πt（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）Em=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）拓展延伸：产生正弦交流电不一定是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动才能产生．即使是线圈转动，也不一定是矩形线圈，也不一定绕线圈的对称轴．只要是绕垂直于磁场方向的轴，无论什么形状的闭合线圈，产生的感应电流都是正弦式交流电．类比延伸如图所示，ABC是由均匀细导线制成面积为S的等边三角形线框，它以AC为转轴，在磁感应强度为B的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度ω转动（俯视为逆时针旋转）,磁场方向与AC垂直指向纸内．请写出从这一时间开始计时,感应电动势随时间变化的关系式.×××××××××××××××××××××××××ACB×××××××××××××××××××××××××ACBe=nBSωsinωt（n=1）处理自主学习p28第4题