1交變電流,第二章交變電流,1.理解交變電流、直流的概念，會觀察交流電的波形圖. 2.理解正弦式交變電流的產(chǎn)生，掌握交流電產(chǎn)生的原理. 3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法.,目標(biāo)定位,二、正弦式交變電流的產(chǎn)生,三、正弦式交變電流的描述,欄目索引,一、交變電流,對點(diǎn)檢測 自查自糾,一、交變電流,知識梳理,1.交變電流：大小和方向都隨時間做 的電流叫做交變電流，簡稱交流. 2.直流： 不隨時間變化的電流稱為直流， 都不隨時間變化的電流稱為恒定電流. 3.正弦式交變電流：電流隨時間按 規(guī)律變化的交變電流.這是一種最簡單、最基本的交變電流.,答案,周期性變化,方向,大小和方向,正弦函數(shù),【深度思考】,(1)交變電流的大小一定是變化的嗎？,答案交變電流的大小不一定變化，如方波交變電流，其大小是不變的.,答案,(2)交變電流與直流電的最大區(qū)別是什么？,答案交變電流與直流電的最大區(qū)別在于交變電流的方向發(fā)生周期性變化，而直流電的方向不變.,典例精析,例1如圖所示的圖像中屬于交變電流的有(),解析選項A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化，故它們屬于交變電流， 但不是正弦式交變電流；選項D中e的方向未變化，故是直流.,ABC,返回,解析答案,解題技巧,解題技巧,判斷電流是交變電流還是直流應(yīng)看方向是否變化，只有方向發(fā)生周期性變化的電流才是交流電.,返回,二、正弦式交變電流的產(chǎn)生,知識梳理,1.產(chǎn)生：如圖1所示，在勻強(qiáng)磁場中的線圈繞垂直于 的軸 轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生交變電流.,圖1,答案,磁感線,勻速,2.兩個特殊位置： (1)中性面(SB位置，如圖1中的甲、丙) 線圈平面與磁場垂直的位置，此時 ， 為 ，e為 ，i為 . (填“最大”或“0”) 線圈經(jīng)過中性面時，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變 次.,最大,0,0,0,兩,答案,(2)垂直中性面位置(SB位置，如圖1中的乙、丁) 此時為 ， ，e，I .(填“最大”或“0”),答案,0,最大,最大,最大,【深度思考】,如果將圖1中的線圈ABCD換為三角形，軸OO也不在中心位置，其他條件不變，還能產(chǎn)生交變電流嗎？,答案能，因為圖中產(chǎn)生交變電流的關(guān)鍵因素是軸垂直于磁感線，線圈閉合，對軸的位置和線圈形狀沒有特定要求.,答案,解析由交變電流的產(chǎn)生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對線圈的形狀及轉(zhuǎn)軸的位置沒有特別要求.故選項B、C、D正確.,典例精析,例2如圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交變電流( ),解析答案,BCD,返回,例3關(guān)于矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦式電流，正確的說法是() A線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向改變一次 B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電動勢方向改變一次 C線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向改變兩次，感應(yīng)電動勢方向改變一次 D線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向和感應(yīng)電動勢方向都改變兩次 解析感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向，每經(jīng)過中性面時改變一次，每個周期內(nèi)方向改變兩次，故選D.,D,解析答案,三、正弦式交變電流的描述,知識梳理,1.交變電流的瞬時值表達(dá)式推導(dǎo) 線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，如圖2所示，則經(jīng)過 時間t：,(1)線圈轉(zhuǎn)過的角度為t. (2)ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角 . (3)ab邊轉(zhuǎn)動的線速度大?。?圖2,t,答案,(4)ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢(設(shè)線圈面積為S),(5)整個線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢： e2eab ， 若線圈為n匝，則e. 由上式可以看出，其感應(yīng)電動勢的大小和方向都隨時間t做周期性變化，即線圈中的交變電流按 規(guī)律變化，這種交變電流叫做正弦式交變電流.,BSsin t,答案,nBSsin t,正弦函數(shù),eabBLabvsin _.,2.對瞬時值表達(dá)式的理解 寫瞬時值表達(dá)式時必須明確是從中性面計時，還是從與中性面垂直(BS)位置計時. (1)從中性面計時：e . (2)從與中性面垂直位置計時：e . 3.正弦式交變電流的峰值 (1)轉(zhuǎn)軸在線圈所在平面內(nèi)且與磁場垂直.當(dāng)線圈平面與磁場平行時，線圈中的感應(yīng)電動勢達(dá)到峰值，且滿足Em. (2)決定因素：由線圈匝數(shù)n、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、轉(zhuǎn)動角速度和線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān).,答案,Emsin t,Emcos t,nBS,如圖3所示的幾種情況中，如果n、B、S均相同，則感應(yīng)電動勢的峰值均為EmnBS.,圖3,4.正弦式交變電流的圖像 如圖4所示，從圖像中可以解讀到以下信息：,圖4,(1)交變電流的峰值Em、Im和周期T. (2)兩個特殊值對應(yīng)的位置： e0(或i0)時：線圈位于中性面上；e最大(或i最大)時：線圈平行于磁感線.,(3)分析判斷e、i的大小和方向隨時間的變化規(guī)律.,【深度思考】,(1)若從垂直中性面的位置(或BS位置)開始計時，電動勢的表達(dá)式還是按正弦規(guī)律變化嗎？,答案不是，按余弦規(guī)律變化.,(2)為什么線圈轉(zhuǎn)到中性面時磁通量最大而感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流為零？,答案因為線圈轉(zhuǎn)到中性面時，雖然通過線圈的磁通量最大，但線圈各邊速度的方向都與磁感線平行，不切割磁感線，磁通量的變化率為零，故感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流為零.,答案,解析由題可知：Slablbc0.20.5 m20.1 m2， 感應(yīng)電動勢的峰值EmnBS1000.10.1100 V100 V314 V.,典例精析,例4如圖5所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.1 T，所用矩形線圈的匝數(shù)n100，邊長lab0.2 m，lbc0.5 m，以角速度100 rad/s繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動.試求： (1)感應(yīng)電動勢的峰值；,圖5,答案314 V,解析答案,(2)若從線圈平面垂直磁感線時開始計時，線圈中瞬時感應(yīng)電動勢的表達(dá)式；,解析若從線圈平面垂直磁感線時開始 計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值eEmsin t,(3)若從線圈平面平行磁感線時開始計時， 求線圈在t 時刻的感應(yīng)電動勢大小.,解析若從線圈平面平行磁感線時開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為 eEmcos t，代入數(shù)據(jù)得e314cos (100t) V,答案e314sin (100t) V,答案157 V,解析答案,總結(jié)提升,所以e314sin (100t) V.,總結(jié)提升,寫瞬時值時必須明確是從中性面開始計時，還是從與中性面垂直的位置開始計時. (1)從中性面開始計時，eEmsin t； (2)從與中性面垂直的位置開始計時，eEmcos t.,例5線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖像如圖6所示，由圖可知() A.在A和C時刻線圈處于中性面位置 B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零 C.從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度 D.在A和C時刻磁通量變化率的絕對值最大,圖6,解析當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中處于中性面位置時，磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，感應(yīng)電流為零，B、D兩時刻線圈位于中性面位置. 當(dāng)線圈平面與磁感線平行時，磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，A、C時刻線圈平面與磁感線平行，D正確. 從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為 弧度.故選D.,解析答案,D,總結(jié)提升,返回,返回,總結(jié)提升,根據(jù)圖像找出線圈位于中性面位置時對應(yīng)的時刻，然后根據(jù)中性面的性質(zhì)進(jìn)行判斷.,對點(diǎn)檢測 自查自糾,1,2,3,4,解析答案,1.(交變電流的產(chǎn)生及規(guī)律) (多選)如圖7所示，一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動，從線圈平面與磁場方向平行時開始計時， 則在0 這段時間內(nèi)() A.線圈中的感應(yīng)電流一直在減小 B.線圈中的感應(yīng)電流先增大后減小 C.穿過線圈的磁通量一直在減小 D.穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小,圖7,1,2,3,4,解析題圖位置，線圈平面與磁場平行，感應(yīng)電流最大，因為 ， 在0 時間內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過四分之一個周期，感應(yīng)電流從最大減小為零，穿過線圈的磁通量逐漸增大，穿過線圈的磁通量的變化率一直在減小.,答案AD,2.(正弦式交變電流的圖像)一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖8甲所示，則下列說法中正確的是() A.t0時刻，線圈平面與中性面垂直 B.t0.01 s時刻，的變化率最大 C.t0.02 s時刻，感應(yīng)電動勢達(dá)到最大 D.該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動勢的圖像如圖乙所示,1,2,3,4,解析答案,圖8,解析由題圖甲可知t0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面，t0.01 s時刻，磁通量為零，但變化率最大，所以A項錯誤，B項正確. t0.02 s時，感應(yīng)電動勢應(yīng)為零，C、D項均錯誤.,B,1,2,3,4,3.(交變電流的規(guī)律)交流發(fā)電機(jī)工作時電動勢為eEmsin t，若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?),解析答案,解析感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式eEmsin t，而EmnBS，當(dāng)加倍而S減半時，Em不變，故正確答案為C.,C,1,2,3,4,4.(正弦式交變電流的描述)有一10匝正方形線框，邊長為20 cm，線框總電阻為1 ，線框繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖9所示，垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T.求： (1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分 別是多少；,解析答案,圖9,答案6.28 V6.28 A,解析交變電流電動勢最大值為 EmnBS100.50.2210 V6.28 V，,1,2,3,4,(2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大.,解析答案,返回,解析線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60時，感應(yīng)電動勢eEmsin 605.44 V.,答案5.44 V,本課結(jié)束,