山东省冠县武训高级中学高三物理 10.1 交变电流的产生和描述复习课件.ppt

10 1交变电流的产生和描述 一 交变电流的产生和变化规律 1 交变电流 大小和方向都随时间做周期性变化的电流 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 简称正弦式电流 如图 a 所示 2 中性面 1 定义 与磁场方向垂直的平面 是假想的一个参考面 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零 感应电动势为零 2 特点 从导体棒切割磁感线角度看 此时线圈各边都不切割磁感线 感应电动势为零 所以感应电流等于零 2 中性面 线圈转动一周 两次经过中性面 线圈每经过中性面一次 电流的方向就改变一次 3 线圈平面处于跟中性面垂直的位置即线圈平面平行于磁感线时 磁通量为零 但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 即 交变电流的方向在中性面的两侧是相反的 ab中产生的感应电动势为 3 正弦式电流的产生和变化规律 n匝线圈 e nbs sin t cd ab两边产生的感应电动势大小相等 方向一致 单匝线圈e 2eab b lbclabsin t bs sin t 1 产生 闭合线圈由中性面位置开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 线圈中产生的感应电动势随时间而变化的函数是正弦函数 2 规律 转动轴不一定要在中间 可推广到其它形状 例 如图所示 匀强磁场的磁感应强度b 0 1t 矩形线圈的匝数n 100匝 边长ab 0 2m bc 0 5m 转动角速度 100 rad s 转轴在正中间 试求 1 从图示位置开始计时 该线圈电动势的瞬时表达式 2 当转轴移动至ab边 其他条件不变 再求电动势的瞬时表达式 3 当线圈做成半径为r 的圆形 再求电动势的瞬时表达式 根据e emsin t nbs sin t可以知 1 e 314cos100 tv 2 与 1 相同 3 与 1 相同 电流的变化规律是 电路上的电压的变化规律 当外电路存在时 二 描述交变电流的物理量 1 最大值 峰值 em m um 2 瞬时值 反映某一时刻交变电流的大小和方向 从中性面开始 im em r r um emr r r 讨论电容器的击穿电压 二 描述交变电流的物理量 3 有效值 根据电流的热效应来规定的 让交流和恒定电流分别通过大小相同的电阻 如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等 而这个恒定电流是i 电压是u i u就叫做这个交流的有效值 对正 余 弦交流电有 交流电表的读数 计算与电流的热效应有关的量 如功 功率 热量等 电气设备 铭牌 上所标的一般是有效值 保险丝的熔断电流为有效值 二 描述交变电流的物理量 4 平均值 交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值 计算通过电路截面的电荷量 4 周期和频率 描述交变电流变化快慢的物理量 1 周期 交变电流完成一次周期性变化的时间 2 频率 交变电流在1s内完成周期性变化的次数 3 周期和频率的关系 三 电感在电路中的作用 通直流电源时 灯泡亮些 通交流电源时 灯泡暗些 交变电流是不断变化的 在电感线圈上产生自感电动势 自感电动势是阻碍电流的变化的 1 现象 2 原因 表明电感对交变电流有阻碍作用 3 感抗xl 电感对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗 单位 欧姆 电感是 通直流 阻交流 通低频 阻高频 4 应用 a 低频扼流圈 自感系数为几十亨 对低频交流电有较大阻碍作用 对直流的阻碍作用较小 b 高频扼流圈 自感系数为几毫亨 对低频交流电阻碍作用较小 对高频交变电流阻碍作用很大 铁芯 匝数多 l大 几十亨 通直流 阻交流 铁氧体芯 匝数少 l小 几毫亨 通低频 阻高频 滤波 四 电容在电路中的作用 s接直流电源时 灯泡不亮 s接交流电源时 灯泡发光 2 结论 1 现象 使用220v交流电源的电气设备和电子仪器 金属外壳和电源之间都有良好的绝缘 但有时候用手触摸外壳仍会感到 麻手 用试电笔测试时 氖管发光 是因为电源相连的机芯和金属外壳可以看作电容器的两个极板 电源中的交变电流能够通过这个 电容器 交变电流能够通过电容器 实例 四 电容在电路中的作用 4 电容器对交流有阻碍作用 容抗x 电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗 电容是 通交流 隔直流 通高频 阻低频 接交变电流时 自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘电介质 只是在交变电压的作用下 电容器交替进行充 放电 电路中就有了电流 3 注意 1 在电子技术中 从某一装置输出的电流常常既有交流成分 又有直流成分 如果只需要把交流成分输送到下一级装置 只要在两级电路之间接入一个电容器 称做隔直电容器 就可以了 电容器应并联还是串联接入电路 右图所示的接法对吗 为什么 电容器应串联接入电路 接法正确 电容器串联接入电路 直流不能通过 交流可以通过电容器被输出到下一级装置 2 如图所示 三个灯泡相同 而且耐压足够高 电源内阻忽略 当单刀双掷开关s接a时 三个灯亮度相同 那么s接b时 a 三个灯亮度相同b 甲灯最亮 丙灯不亮c 甲灯和乙灯亮度相同 丙灯不亮d 只有丙灯不亮 乙灯最亮 d 3 某同学在研究电容 电感对恒定电流以及交变电流的影响时 采用了如图所示的电路 其中 l1 l2是两个完全相同的灯泡 已知把开关置于3 4时 电路与交流电源连通 稳定后的两个灯泡发光亮度相同 则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是 a 当开关置于1 2时 稳定后l1 l2二个灯泡均发光 且亮度相同b 当开关置于1 2时 稳定后l1 l2二个灯泡均发光 且l1比l2亮c 当开关置于3 4时 稳定后 若只增加交变电流的频率 则l1变暗 l2变亮d 在开关置于3 4的瞬间 l2立即发光 而l1亮度慢慢增大 cd 4 如图甲所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并绕过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时 如图乙 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则下图的四幅图中正确的是 d 5 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e 200sin100 t v 那么 a 该交变电流的频率是50hzb 当t 0时 线圈平面恰好与中性面垂直c 当t s时 e有峰值d 该交变电流的电动势的有效值为200v ac 6 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法正确的是 a t 0时刻 线圈平面与中性面垂直b t 0 01s时刻 的变化率最大c t 0 02s时刻 交流电动势达到最大d 该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示 b 7 图中图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系 若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻 则经过1min的时间 两电阻消耗的电功之比w甲 w乙为 1 3 8 城市美化或者每逢节日 同学们往往能看到许多霓虹灯发出鲜艳绚丽的灯光 将城市装扮得异彩纷呈 赏心悦目 频率为50hz的交变电流 其电压u 120sin tv 把它加在激发电压 熄灯电压均为84v的霓虹灯的两端 求在半个周期内霓虹灯点亮的时间 9 一个电阻为r 边长为l的正方形线圈abcd共匝 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 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 10 某交流发电机有线圈100匝 以300转 分的转速匀速转动 匀强磁场的磁感应强度b 0