鲁科版选修32交变电流是怎样产生的 课件 （48张）.ppt

3 3交变电流是怎样产生的 复习回顾 一 电磁感应现象 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时 导体中就产生电流 物理学中把这种现象叫做电磁感应 由电磁感应产生的电流叫做感应电流 二 电磁感应的产生条件 只要穿过闭合电路的磁通量变化 闭合电路中就有感应电流产生 三 磁通量 穿过闭合回路的磁感线的条数 bs 复习回顾 一 感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势 1 内容 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比 这就是法拉第电磁感应定律 二 法拉第电磁感应定律 2 表达式 一 交流发电机 用来产生感应电动势的线圈 叫电枢 用来产生磁场的磁极 基本组成 基本种类 旋转电枢式发电机 图a 旋转磁极式发电机 图b 无论哪种发电机 转动的部分叫转子 不动的部分叫定子 区别 前者 感应电动势不能很高 后者 能克服上述缺点 提供很高的电压 二 交变电流的产生原理 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 实验现象 缓慢转动线圈时 电流计指针在左右摇动 线圈每转一周 指针左右摆动一次 1 交变电流 大小和方向都随时间作周期变化的电流 叫做交变电流 简称交流 2 闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时 产生交变电流 但这不是产生交流的唯一方式 如 旋转磁极式发电机 二 交变电流的产生原理 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 b c d 为了能更方便地说明问题 我们将立体图转化为平面图来分析 特点 b s 最大 e 0 i 0中性面 没有边切割磁感应线 特点 b s 0 e最大 i最大 感应电流方向d c b a d 乙 a b d c 边垂直切割磁感应线 a b c d 特点 b s 最大 e 0 i 0中性面 没有边切割磁感应线 特点 b s 0 e最大 i最大 感应电流方向a b c d a a b d c 边垂直切割磁感应线 开始新的周期 设正方形线圈的边长为l 在匀强磁场b中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动 如图所示 ab和cd边垂直于纸面 转轴为o 1 线圈转动一周 电流方向改变多少次 2 线圈转到什么位置时磁通量最大 这时感应电动势是最大还是最小 3 线圈转到什么位置时磁通量最小 这时感应电动势是最大还是最小 回答问题 4 试推导感应电动势大小的变化规律公式 1 中性面 线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面 1 线圈经过中性面时 穿过线圈的磁通量最大 但磁通量的变化率为零 ab和cd边都不切割磁感线 线圈中的电动势为零 2 线圈经过中性面时 电流将改变方向 线圈转动一周 两次经过中性面 电流方向改变两次 三 交变电流的变化规律 数学表达式 以线圈经过中性面开始计时 在时刻t线圈中的感应电动势 ab和cd边切割磁感线 所以 当 t 2时 则有 e为电动势在时刻t的瞬时值 em为电动势的最大值 峰值 nb s 成立条件 转轴垂直匀强磁场 经中性面时开始计时 1 电动势按正弦规律变化 2 电流按正弦规律变化 3 电路上的电压按正弦规律变化 电流通过r时 正弦交变电流的图象 交变电流的变化规律 如果以时间t为横坐标 以电流i或电压u为纵坐标 把电流或电压变化的规律用曲线画出来 会得到下图所示的正弦曲线 按正弦规律变化的交变电流叫做正弦交变电流 简称正弦式电流 它是一种最简单 最基本的交变电流 我国家庭电路中的交变电流就是正弦交变电流 小结 1 交流发电机有两种 即和其中转动的部分叫 不动的部分叫 2 正弦交变电流的变化规律 1 方向变化规律 当线圈平面垂直于磁感线时 线圈各边都不切割磁感线 线圈中没有感应电流 这样的位置叫做 线圈平面每经过中性面一次 感应电流方向就改变一次 因此线圈转动一周 感应电流方向改变 2 大小变化规律 按正弦规律变化 e emsin tem nbs 叫电动势的最大值i imsin tim em r叫电流的最大值u umsin tum imr叫电压的最大值 中性面 两次 旋转磁极式 旋转电枢式 转子 定子 例题 一矩形线圈 面积为s 匝数为n 在场强为b的匀强磁场中绕着中轴oo 做匀速转动 角速度为 磁场方向与转轴垂直 当线圈转到中性面开始计时 求 1 线圈中感应电动势的最大值 2 线圈中感应电动势随时间变化的表达式 3 若线圈中的电阻为r 则线圈中的电流的最大值为多少 4 线圈中的电流瞬时表达式 1 在如图所示的几种电流随时间变化的图线中 属于交变电流的是 属于正弦交变电流的是 a b c d abd a d 3一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示 下面说法中正确的是 t1时刻通过线圈的磁通量为零 t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 答案 d d 4 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 设线圈ab边长为20cm ad边长为10cm 磁感应强度b 0 01t 线圈的转速n 50r s 求 电动势的最大值及对应的线圈位置 0 0628v线圈平面与磁场方向平行 5 如图所示 匝数为n 面积为s的矩形线圈在匀强磁场b中匀速转动 角速度为 求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势 一 周期和频率 1 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 角频率 线圈在磁场中转动的角速度 2 频率 交变电流一秒内完成周期性变化的次数 物理意义 表示交流电变化的快慢 3 关系 一个周期内电流方向改变两次 1 我国生产和生活用交流电的周期t s 频率f hz 角速度 rad s 在1s内电流的方向变化 次 0 02 50 100 100 课堂练习 2 某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系 如图所示 如果其它条件不变 仅使线圈的转速加倍 则交流电动势的最大值和周期分别变为 a 400v 0 02sb 200v 0 02sc 400v 0 08sd 200v 0 08s b 3 如图示为某正弦交流电流的图像 求其峰值 周期和角速度 并写出该电流的瞬时值表达式 im 20a 100 rad s 电流的瞬时表达式为i 20sin100 t a t 0 02s 什么是交变电流的峰值 em im um 0 02 0 01 二 峰值和有效值 1 峰值 电流或电压所能达到的最大值 电容器的耐压值 由于交变电流的大小和方向随时间变化 它产生的效果也随时间变化 在实际中我们常常不研究它的瞬时效果 而是只要知道交变电流在某段时间内的平均效果就可以了 那么我们怎样来衡量交变电流的平均效果呢 请看下面的思考与讨论 2 瞬时值 e i u 3 有效值定义 根据电流的热效应来规定 让交流与直流分别通过相同的电阻 如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等 就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值 4 正弦交流电的有效值与最大值的关系 e u i 二 峰值和有效值 说明 a 以上关系式只适用于正弦或余弦交流电 b 交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值 c 交流电流表和交流电压表的读数是有效值 d 对于交流电若没有特殊说明的均指有效值 平均值 2 求通过某导体截面的电量一定要用平均值 注意 峰值 最大值 有效值 平均值在应用上的区别 1 在求交流电的功 功率或电热时必须用交流电的有效值 4 某交流电压随时间的变化规律如图所示 则此交流电的频率是 hz 若将该电压加在10uf的电容器上 则电容器的耐压值不应小于 v 若将该电压加在一阻值为1k 的纯电阻用电器上 用电器恰能正常工作 为避免意外事故的发生 该电路中保险丝的额定电流不能低于 a 200 200 2 0 25 200 u v t s 课堂练习 5 图中两交变电流通过相同的电阻r 求 1 分别写出它们的有效值 周期和频率 2 计算它们在r上产生的功率之比 2 p甲 p乙 i12r i22r i1 i2 2 1 2 6 如图表示一交流的电流随时间变化的图像 求该电流的有效值 小结 3 最大值 峰值 emum m 4 瞬时值 uie 1 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 2 频率 一秒内完成周期性变化的