交变电流是怎样产生的.ppt

第2节交变电流是怎样产生的,学习目标：1.认识交流发电机，了解交流发电机的结构2认识中性面的特点，掌握交变电流的产生及变化规律3学会用数学表达式和图象描述交变电流重点难点：交变电流的产生原理及变化规律易错问题：1.错误的认为中性面磁通量最大，感应电动势也最大2不能正确区分保险丝的熔断电流是有效值和电容器两端电压是最大值,一、交流发电机发电机主要由(电枢)和两部分组成，有的磁极使用永久磁铁，有的使用电磁铁用电磁铁作磁极的发电机叫做磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为发电机电枢固定不动，让磁极在电枢中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为发电机转动的部分叫做，固定不动的部分叫做,基础知识梳理,线圈,磁极,励磁发电机,旋转电枢式,旋转磁极式,定子,转子,旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的主要区别是什么？【思考提示】旋转电枢式发电机转子是线圈，所以空间受到限制且线圈匝数不能太多，并且产生的电流必须经过裸露的滑环和电刷，容易产生火花放电，因此产生的感应电动势不可能很高而旋转磁极式发电机，转子是磁极，能克服上述缺点，提供很高的电压,思考,二、交变电流的产生原理1中性面：线圈平面与磁感线垂直时，物理学中把这个位置称为注意：当线圈转至中性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率却最小，等于零，因此当线圈处于中性面时，感应电动势为零，恰好是电流方向改变的位置,中性面,2线圈在连续转动过程中，感应电流的都将随时间做周期性变化线圈每转动一周，感应电流的方向就变化次因为感应电流是由感应电动势提供，所以线圈转动所产生的感应电动势也是随时间做变化的,大小和方向,两,周期性,三、交变电流的变化规律1瞬时值表达式：e(从中性面位置开始计时)其中e叫电动势的瞬时值，Em是电动势的最大值，Em，是线圈转动的角速度2交变电流的图象：从eEmsint表明，e随时间按规律变化，称之为正弦式交变电流et图象应为曲线,Emsint,nBS,正弦,正弦,Imsint,Umsin,注意：只有从中性面开始计时，其瞬时值表达式才为正弦形式；若从垂直中性面开始计时则得到余弦关系,一、两个特殊位置的比较,核心要点突破,1.在线圈转动过程中，磁通量最大时，磁通量变化率恰好为零，磁通量为零时，磁通量变化率恰好最大2感应电动势的大小由磁通量变化率决定，而与磁通量的大小没有直接的关系,二、正弦交变电流的变化规律1瞬时值表达式的推导设线圈从中性面起经时间t转过角度，则t，此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为t和180t，如图321所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：,图321,eBLabvsintBLcdvsin(180t)2BLabvsint,2变化规律正弦式交变电流的电动势、电压和电流随时间的变化规律可用下列各式表示，eEmsint，uUmsint，iImsint.对以上三个关系式，应注意：(1)等于线圈转动的角速度(2)峰值Em(Um，Im)与线圈的匝数、线圈的面积、磁场的磁感应强度及线圈转动的角速度有关，关系式为EmnBS.(3)正弦交变电流的变化规律与线圈的形状无关，转动轴通常与磁感线垂直(4)以上各式中t0时，线圈在中性面,求解交变电动势瞬时值的步骤：1确定线圈转动是从哪个位置开始计时2确定表达式是正弦还是余弦3确定转动的角速度及n、B、S等4求出峰值Em，写出表达式，代入角度求瞬时值,三、正弦交流电的图象1用图象描述交变电流的变化规律(在中性面时t0),2图象中可以解读的信息(1)交变电流的最大值Im、Em、周期T.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻(3)找出线圈平行于磁感线的时刻(4)判断线圈中磁通量的变化情况(5)分析判断i、e随时间的变化规律,1用物理图象反映某些物理量的变化过程，既可使该变化的整体特征一目了然，还可将变化过程中的暂态“定格”，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究2由于交流电的瞬时值最大时，磁通量为零，交流电的瞬时值为零时，磁通量最大，所以可以根据交流电的图象画出穿过线圈的磁通量随时间t变化的图象，两图象周期相同,在交变电流的产生实验中，关于中性面，下列说法正确的是()A此时线圈各边都不切割磁感线，感应电流等于零B磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率最大,课堂互动讲练,C线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变D线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变【思路点拨】根据中性面的特点结合法拉第电磁感应定律分析,【答案】ACD,1关于中性面，下列说法正确的是()A线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零B线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大C线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次,解析：选AC.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，各边都不切割磁感线，不产生感应电动势，磁通量的变化率为零，A项正确，B项错误；线圈每转一周，感应电流方向就改变两次，C项正确，D项错误,有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1，线框绕OO轴以10rad/s的角速度匀速转动，如图322所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T问：,图321,(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？(2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式【思路点拨】由正弦交变电流的最大值和初始位置写出感应电动势的瞬时表达式,(2)线框转过60时，感应电动势EEmsin605.44V.(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时表达式为eEmsint6.28sin10tV.,【答案】见解析,【点评】要确定正弦交变电流的瞬时值表达式，需要先确定以下几个方面：最大值：Em、Im、Um；线圈转动的角速度：；开始计时时线圈所处的位置,2一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是100rad/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，电路中的总电阻为100，试写,答案：见解析,一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向，并位于线圈平面内的转动轴匀速转动时，线圈中的感应电动势e随时间的变化规律如图323所示下列说法中正确的是(),图323,A从线圈平面与磁场方向平行的时刻开始计时Bt1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零Ct1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零D每当e变换方向时，穿过线圈的磁通量的值都最大【思路点拨】先由电动势特点判断线圈所处位置，然后根据线圈所处位置即可求得答案,【解析】由图象可知，当t0时，感应电动势为峰值，说明穿过线圈的磁通量变化率最大，该时刻线圈平面与磁场方向平行，所以A是正确的t1和t3时刻感应电动势为零，这两个时刻线圈平面与磁场方向垂直，穿过线圈的磁通量