第五章《交变电流》.ppt

第五章《交变电流》第一节《交变电流》1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流一、交变电流的概念交变电流可以变成直流！交变电流是如何产生的呢？交流发电机模型二、交变电流的产生做一做1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动二、交变电流的产生2、过程分析（1）在线圈转动的过程中，那些边会产生感应电动势？ab边cd边（2）怎样将立体图转化为平面图？将立体图转化为平面图B⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁场方向的平面叫做中性面。线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零2、过程分析(V//B)NSSNNSVVabcdad判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向a到b线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大(V⊥B)判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？NSSNB⊥SΦ最大E=0I=0中性面B∥SΦ=0E、I最大感应电流方向b到aV//BV⊥B（3）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→a线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；转到乙、丁位置时线圈中电流最大！线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?思考与讨论a(b)c(d)O1.中性面：垂直磁场方向的平面．（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大φ=BS，但△φ/△t=0最小，（ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零．（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．2.线圈平行与磁感线时，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势最大。以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示）tvNBLesin2122Lv又tLLNBesin21∴21LLNBEm令则有tEemsine为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）NBSω=NBSω三、交变电流的变化规律tEemsin1、电动势按正弦规律变化2、电流按正弦规律变化tIimsin3、电压按正弦规律变化tUumsin电流i通过R时：.RIUiRumm，成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时maxnBSEeoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωttabcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流电的图像四、交流电的图像et0Em-Emit0Im-Im(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲五、交变电流的种类２、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生．１、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正弦交流电周期性变化课堂练习３、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．中性面两次４、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，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e为．若电路总电阻为Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为．e0Em-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流发电机1、组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）②用来产生磁场的磁极2、种类①旋转电枢式发电机②旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子５、交流发电机有两种，即、．其中转动的部分叫，不动的部分叫．发电机转子是由、或其它动力机带动旋转磁极式旋转电枢式转子定子水轮机蒸汽轮机6、一矩形线圈,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et0t1t2t3t4Em-EmC1、知道交变电流定义（AC）：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化的电流为直流电（DC）。辨析电流图。3、推导和理解交变电流的变化规律：（重难点）（1）方向变化规律----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，感应电流的方向改变两次。φ最大，△φ/△t=0最小，感应电动势最小E=0（2）大小变化规律----按正弦规律变化：（能画出瞬时线速度分解图）e=EmsinωtEm=NBSω叫电动势的最大值（峰值）i=ImsinωtIm=Em/R+r叫电流的最大值（峰值）u=UmsinωtUm=ImR叫电压的最大值（峰值）5.1交变电流小结2、理解交变电流产生的过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。垂直磁场方向的平面叫做中性面。（重点）.RIUiRumm，电流通过R时：1．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，属于正弦交变电流的是。tiABCDABDA三、课堂练习2一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间的变化规律如图所示，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变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。答案：D1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。0.0628V线圈平面与磁场方向平行。2.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=0.2sin314t4、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）(甲)(乙)(丙)(丁)EI，电流方向：.E,I,Φ.EI，电流方向：.=0=0有最大值有最大值有最大值a—b有最大值有最大值b—aE,I,Φ.=0=0有最大值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.(学生画）问题：各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出i-t图像？线圈转动一周，电流方向改变多少次？