交变电流的产生和变化规律

17.1交变电流的产生和变化规律,浔州高中农富诗,法拉第电磁感应定律告诉我们：穿过闭合电路的磁通量发生变化时，会产生感应电流，而磁通量变化的方式不同，产生的感应电流也不同，感应电流可以是恒定的，可以是变化的，可以是周期性变化的，本节我们将研究一种十分重要的周期性变化的电流正弦交变电流,电流的分类,1：直流电流：方向不随时间做周期性改变的电流大小方向都不随时间改变的恒定电流，是直流电的一种,2：交变电流:,大小和方向都随时间做周期性变化的电流(简称交流),一、交变电流的产生,按下图所示进行实验演示,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，产生交流，但这不是产生交流的惟一方式,(甲),E,I,.,=0,=0,有最大值,(乙),EI，电流方向：.,有最大值,有最大值,ab,(丙),E,I,有最大值,=0,=0,(丁),EI，电流方向：.,有最大值,有最大值,ba,(甲),(乙),(丙),(丁),EI，电流方向：.,E,I,.,EI，电流方向：.,=0,=0,有最大值,有最大值,有最大值,ab,有最大值,有最大值,ba,E,I,.,=0,=0,有最大值,二、交变电流的变化规律,（1）线圈平面与磁感线垂直的位置叫中性面。,（2）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。,1.中性面,（3）线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。,2.交变电流规律的推导,从中性面开始，线圈以角速度，以ad，bc的中点连线为轴逆时针旋转,思考：经t时间线圈与中性面的夹角为多少？ab和cd金属棒切割磁感线产生的电动势各为多大？两金属棒作为等效电源是串联还是并联的？,2变化规律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,令,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值,正弦式交流电流：电路中的电流、电压按正弦规律变化的电流。,在只含有电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交变电流电路。其等效电路图如上。设整个电路的电阻为R则：,正弦交变电流的图象,交流电的图像,问题探究,问题1：矩形线圈的面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，绕中轴以角速度匀速转动。从线圈转到中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式。若每匝线圈的电阻为R，则线圈中的感应电流的最大值是多少？,4.交变电流的种类,用示波器研究交变电流的变化,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,三、课堂练习,2一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,3.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=EmSint，如果线圈的频率f提高一倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为()：A。e=EmSin2tB.e=2EmSin2tC.e=2EmSin4tD.e=2EmSint,答案:B,4、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100rad/s。(设线圈为N匝）（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，电路的总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？,（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？（4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100t（2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）,（3）Em=311VE=N/t=2NBS/198V（4）/t=311/N（Wb/s）,四、课堂总结：1.交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。直流电流：方向不随时间做周期性改变的电流,2.交变电流的变化规律：方向变化规律-线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。,