3.2交變電流,3.2.1交變電流,一、交變電流 1.交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做_變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng)交流(AC)。 2.直流：_不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為直流(DC)，_都不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為恒定電流。,周期性,方向,大小和方向,思考判斷 (1)交變電流的大小一定隨時(shí)間變化。( ) (2)大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流才是直流電。 ( ) (3)交變電流的大小可以不變，但方向一定隨時(shí)間周期性變化。 ( ) (4)交變電流不穩(wěn)定，很容易“燒壞”家用電器。 ( ),二、交變電流的產(chǎn)生 1.正弦式交變電流的產(chǎn)生條件：將閉合矩形線圈置于_磁場(chǎng)中，并繞_磁場(chǎng)方向的軸_轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1所示。 圖1,勻強(qiáng),垂直,勻速,2.兩個(gè)特殊位置 (1)中性面：線圈平面與磁感線_時(shí)的位置。(SB位置，如圖1中的甲、丙) 線圈處于中性面位置時(shí)，穿過(guò)線圈的_，但線圈中的電流為_(kāi)。 線圈每次經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流的方向都要改變，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變_次。 (2)垂直中性面位置(SB位置，如圖1中的乙、丁) 此時(shí)穿過(guò)線圈的為_(kāi)，電流_。,垂直,最大,零,兩,零,最大,思考判斷 (1)只要線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生交變電流。( ) (2)線圈在通過(guò)中性面時(shí)磁通量最大，電流也最大。 ( ) (3)線圈在通過(guò)垂直中性面的平面時(shí)電流最大，但磁通量為零。 ( ) (4)線圈在通過(guò)中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變。 ( ),三、交變電流的變化規(guī)律 1.瞬時(shí)值表達(dá)式：從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)：e_，電壓：u_，電流i_。 2.峰值：表達(dá)式中的Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流可能達(dá)到的最大值，叫做峰值。 3.正弦式交變電流：按_規(guī)律變化的交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng)正弦式電流。,Emsin t,Umsin t,Imsin t,正弦,4.其他形式的交變電流：如圖2甲所示的_交變電流，如圖乙所示的為_(kāi)交變電流。 圖2,鋸齒形,矩形,交變電流的產(chǎn)生,線圈繞OO軸沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，如圖3甲至丁所示。 圖3,要點(diǎn)歸納,1.過(guò)程分析,2.兩個(gè)特殊位置的對(duì)比,例1 (多選)如圖4所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是() 圖4,精典示例,答案AC,交變電流的變化特點(diǎn) (1)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線平行時(shí)，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故線圈每轉(zhuǎn)一周，電動(dòng)勢(shì)最大值出現(xiàn)兩次。 (2)線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向都要改變一次。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過(guò)中性面，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的方向都改變兩次。,針對(duì)訓(xùn)練1 一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈平面位于如圖5甲所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。通過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是() 圖5,A.t1、t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率最大 B.t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變 C.t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量最大 D.t2、t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小,答案B,交變電流的變化規(guī)律,1.交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式推導(dǎo) 線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖6所示，則經(jīng)過(guò)時(shí)間t： 圖6 (1)線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為t。 (2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角t。,要點(diǎn)歸納,2.峰值表達(dá)式,3.正弦交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式 (1)從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí) eEmsin t，iImsint，UUmsin t。 (2)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí) eEmcost，iImcost，UUmcos t。,4.交變電流的圖象如圖7所示，從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 圖7,易錯(cuò)提醒 (1)從不同的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，得到的交變電流的表達(dá)式不同。 (2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置沒(méi)有關(guān)系。如圖所示，三個(gè)不同形狀的線圈產(chǎn)生的交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值相同。,例2 一矩形線圈，面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻r2 ，外接電阻R8 ，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以n300 r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖8所示，若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，求：,精典示例,圖8,解析(1)線圈轉(zhuǎn)速n300 r/min5 r/s，角速度2n10 rad/s， 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值EmNBS50 V， 由此得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmsin t50sin (10t) V。,確定正弦式電流電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法 (1)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)從哪個(gè)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，以確定瞬時(shí)值表達(dá)式是正弦規(guī)律變化還是余弦規(guī)律變化。 (2)確定線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。 (3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值EmNBS。 (4)寫(xiě)出瞬時(shí)值表達(dá)式eEmsin t或eEmcos t。,針對(duì)訓(xùn)練2 如圖9所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)n100，邊長(zhǎng)lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。試求：,(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值； (2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式；,圖9,解析(1)由題可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值EmnBS1000.10.1100 V100 V314 V。 (2)若從線圈平面垂直磁感線時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值eEmsin t 所以e314sin (100t) V (3)若從線圈平面平行磁感線時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為 eEmcos t，代入數(shù)據(jù)得e314cos (100t) V,答案(1)314 V(2)e314sin (100t) V(3)157 V,1.(交變電流的產(chǎn)生)(多選)如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流() 解析由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對(duì)線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒(méi)有特別要求，故選項(xiàng)B、C、D正確。 答案BCD,2.(交變電流的變化規(guī)律)(多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說(shuō)法正確的是() A.當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B.當(dāng)穿過(guò)線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 C.當(dāng)線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向就改變一次 D.線框經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零,解析線框位于中性面時(shí)，線框平面與磁感線垂直，穿過(guò)線框的磁通量最大，但此時(shí)切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零，也即此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率等于零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向在此時(shí)刻改變。線框垂直于中性面時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即此時(shí)穿過(guò)線框的磁通量的變化率最大，故選項(xiàng)C、D正確。 答案CD,3.(交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式)(多選)如圖10所示，一單匝閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e0.5sin (20t) V，由該表達(dá)式可推知以下哪些物理量() 圖10 A.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.線框的面積 C.穿過(guò)線框的磁通量的最大值D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,解析根據(jù)單匝閉合線圈正弦式交變電流的表達(dá)式eBSsin t，可得20 rad/s，而磁通量的最大值的表達(dá)式為BS，所以可以根據(jù)BS0.5求出磁通量的最大值。故選項(xiàng)B、C正確。 答案CD,4.(交變電流圖象的分析)一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖11甲所示。則下列說(shuō)法正確的是() 圖11 A.t0時(shí)刻，線圈平面與中性面垂直 B.t0.01 s時(shí)刻，的變化率最大 C.t0.02 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大 D.該線圈相應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示,解析t0時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈處于中性面的位置，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；t0.01 s時(shí)刻，的變化率最大，選項(xiàng)B正確；t0.02 s時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量最大，線圈處于中性面的位置，磁通量變化率為零，電動(dòng)勢(shì)為零，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案B,