第十三章第一节　交变电流的产生和描述　电感和电容对交变电流的影响.ppt

第十三章交变电流电磁场电磁波 第一节交变电流的产生和描述电感和电容对交变电流的影响 一 交变电流的产生和变化规律1 交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流叫交变电流 2 正弦交变电流 大小 方向 1 特点 随时间按正 余 弦规律变化的交变电流 2 产生 如图13 1 1所示 将线圈置于匀强磁场中 并绕垂直于 的轴做匀速转动 图13 1 1 磁感线 3 变化规律 线圈在中性面位置开始计时 电动势 e e 电压 u u 电流 i i Emsin t Umsin t Imsin t 4 图象 如图13 1 2 图13 1 2 二 描述交变电流的物理量1 交变电流的周期和频率的关系 T 2 峰值和有效值 1 峰值 交变电流的峰值是它能达到的 最大值 2 有效值 让交流与恒定电流分别通过大小 的电阻 如果在交流的一个周期内它们产生的 相等 则这个恒定电流I 恒定电压U就是这个交变电流的有效值 相同 热量 3 正弦交变电流的有效值与峰值之间的关系 4 相位 在正弦交变电流的公式U Emsin t 中 t 叫 叫 两支交流的相位之差叫做它们的相位差 相位 初相位 名师点拨 1 只有正弦交变电流的最大值和有效值满足倍关系 其他交变电流无这种关系 且用电器铭牌上标出的值均为有效值 电容器除外 2 通常所说交变电流 电压的数值 各种交流电器设备所标的额定电压和额定电流的数值 一般交流电表测量的数值 都是指有效值 除非有特殊说明 三 电感和电容对交变电流的作用 自感系数 电容 阻交流 阻高频 隔直流 阻低频 一 正弦式电流的变化规律1 正弦式电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 2 交变电流瞬时值表达式的书写基本思路 1 确定正弦交变电流的峰值 根据已知图象或由公式Em nBS 求出相应峰值 2 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 如 线圈从中性面开始转动 则i t图象为正弦函数图象 函数式为i Imsin t 线圈从垂直中性面开始转动 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i Imcos t 特别提醒 在交变电流的产生过程中 要特别注意两个特殊位置的不同特点 1 线圈平面与中性面重合时 S B 最大 t 0 e 0 i 0 电流方向将发生改变 2 线圈平面与中性面垂直时 S B 0 t最大 e最大 i最大 电流方向不改变 即时应用1 如图13 1 3所示 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 其转动轴线OO 与磁感线垂直 图13 1 3 已知匀强磁场的磁感应强度B 1T 线圈所围面积S 0 1m2 转速12r min 若从中性面开始计时 则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为 A e 12 sin120t V B e 24 sin120 t V C e 0 04 sin0 4 t V D e 0 4 cos2 t V 解析 选C 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生感应电动势的最大值为Em BS BS 2 n 1 0 1 0 4 V 0 04 V 角速度 2 n 2 rad s 0 4 rad s初相 0 0则感应电动势瞬时值表达式为e Emsin t 0 0 04 sin0 4 t V 由此可知选项C是正确的 二 对交变电流 四值 的比较和理解1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 2 对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应 电流通过电阻生热 进行定义的 所以进行有效值计算时 要紧扣电流通过电阻生热 或热功率 进行计算 注意 三同 即 相同电阻 相同时间 内产生 相同热量 计算时 相同时间 要取周期的整数倍 一般取一个周期 注意 在交流电路中 电压表 电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值 在没有具体说明的情况下 所给出的交变电流的电压 电流指的是有效值 特别提醒 1 由感应电动势的最大值公式Em nBS 得 Em仅由n B S 四个物理量所决定 与轴的具体位置和线圈的形状都无关 2 若图象部分是正弦交变电流 其中的T和T部分的有效值可直接应用I U 的关系 即时应用2 2011 高考四川卷 如图13 1 4所示 在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T 图13 1 4 转轴O1O2垂直于磁场方向 线圈电阻为2 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时 线圈转过60 时的感应电流为1A 那么 A 线圈消耗的电功率为4WB 线圈中感应电流的有效值为2A 解析 选AC 从线圈平面平行于磁感线开始计时 正弦交变电流的感应电动势的一般表达式为e Emcos 2010 高考广东卷 如图13 1 5是某种正弦式交变电压的波形图 由图可确定该电压的 图13 1 5 A 周期是0 01sB 最大值是311VC 有效值是220VD 表达式为u 220sin100 tV 解析 由交变电流的图象知 周期是0 02s A错误 最大值是311V B正确 有效值是220V C正确 瞬时值表达式为u 311sin100 tV D错误 答案 BC 满分样板16分 一个电阻为r 边长为L的正方形线圈abcd共N匝 线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO 以如图13 1 6所示的角速度 匀速转动 外电路电阻为R 1 在图中标出此刻线圈感应电流的方向 图13 1 6 2 线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大 3 线圈平面与磁感线夹角为60 时的感应电动势为多大 4 设发电机由柴油机带动 其他能量损失不计 线圈转一周 柴油机做多少功 5 从图示位置开始 线圈转过60 的过程中通过R的电量是多少 6 图中电流表和电压表的示数各是多少 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 由右手定则可判定电流的方向沿dcba 2分 2 Em NBS NB L2 2分 如图13 1 7所示 交流发电机转子有n匝线圈 每匝线圈所围面积为S 匀强磁场的磁感应强度为B 图13 1 7 线圈匀速转动的角速度为 线圈的电阻为r 外电路电阻为R 当线圈由图中实线位置匀速转动90 到达虚线位置过程中 试问 1 通过R的电荷量q为多少 2 R上产生的电热QR为多少 3 外力做的功W为多少 思路点拨 1 计算通过截面的电荷量q应该用电流的平均值 2 求电热应该用有效值 可以先求电路的总电热Q 然后再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR 3 根据能量守恒定律 外力做功的过程是机械能向电能转化的过程 电流通过电阻而发热 又将电能转化为内能 即产生电热 方法技巧 本题中求电荷量时易错用交变电流的峰值或有效值求解 平均值是交变电流图象中的波形和横轴 时间轴 所围面积与时间的比值 其数值可