交流电流的产生和描述.ppt

考纲要求,本章重点考查的内容：交变电流的变化规律、最大值与有效值，变压器的电压比与电流比，电磁波的周期、频率、波长和波速等，经常以选择题的形式出现；今年考查的较多的还是带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动的综合计算题。,一、交变电流的产生：用矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，则在线圈中产生正弦交流电。,二交变电流的变化规律：,其中,三、交流电的图像：,解:,Em=0=NBS,=2,0NBS=2NBS=20,练习：图中的电流i随时间t变化的图像中，表示交流电的是(),b,三.表征正弦交变电流的物理量：,各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电流表和交流电压表测量的数值，也都是有效值。以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都是指有效值。,2、正弦交变电流的有效值与最大值之间有如下的关系：,1、最大值:,3、周期和频率：,a.周期:,b.频率:,c.周期和频率的关系是:,=2/T=2f,d.转速:,例：图中是某一非正弦交流电电流随时间变化的图像，此交流电的有效值是.,Q直=I2RT,根据有效值的定义，由Q直=Q交，得到:,5A,例2.图中是某一交流电电流随时间变化的图像，此交流电的有效值是.,解:周期为0.03s,后1/3T内的有效值为,Q=I12R2/3T+I22R1/3T=25RT=I2RT,I=5A,前2/3T内的有效值为,5A,i/A,t/0.01s,例3：如图所示，abcd是交流发电机的矩形线圈,ab=30cm，bc=10cm，共50匝，它在B=0.8T的匀强磁场中绕中心轴OO顺时针方向匀速转动，转速为480r/min,线圈的总电阻为r=1，外电阻为R=3，试求:,（1）若线圈从图示位置开始计时,沿abcd流动的方向为正方向，画出交流电流的图象。,（2）线圈从图示位置转过1/4转的过程中,电阻R上产生的热量和通过导线截面的电量。,（3）电流表和电压表的读数。,（4）从图示位置转过180过程中的平均感应电动势。,解：,从中性面开始计时，有,e=Emsint，,其中Em=NBS,=2n=2480/60=16,Em=NBS=60.3V,Im=Em/（R+r）=15.1A,注意到从开始转动时产生的感应电流沿dcbad方向，与规定方向相反，为负值。,i=-Imsint=-15.1sin16t（A）,T=2/=1/8s,（1）图线如图示,（2）有效值为,转过900的过程中电阻R上产生的热量为,Q=I2Rt=I2RT/4=10.7J,感应电流的平均值为,转过900的过程中通过导线横截面的电量为,注意:计算热量用有效值；计算电量用平均值。,（3）电流表和电压表的读数,I=10.7A,（4）求从图示位置转过180过程中的平均感应电动势,解：由法拉第电磁感应定律,注意：1.从图示位置转过180过程中，磁通量的方向从正向到反向，=-2BS0。2.不同时间段的平均值不同，从中性面转过90或180过程中的平均感应电动势等于2Em/。,例4：在图所示装置中，A、B是两个同心导体环，B与两根平行光滑导轨相连，导轨上垂直搁置一根导体棒MN，导轨部分处在垂直纸面向里的匀强磁场中，导轨电阻可忽略.t=0时棒MN处于静止状态，以顺时针方向的电流为正，在A中通以I=Imsint的电流后，棒MN的运动情况是A、MN一直向右做变速运动。B、MN一直向左做变速运动。C、MN在某一位置附近往复运动，初始运动方向向右。D、MN在某一位置附近往复运动，初始运动方向向左。,解题思路：A中有交流电产生交变磁场，穿过B中的磁通量变化，B中产生感应电流，棒MN中由于有电流而受到磁场力的作用发生运动.A中电流如图所示。在0T/4内：A中电流i顺磁通量向里B中产生感应电动势E逆MN中感应电流从N到MMN受磁场力向右，棒向右做加速运动。在T/4T/2内：i顺向里E顺MN中感应电流从M到NMN受磁力场向左，棒向右做减速运动，直到速度为零。在T/234T内：电流i逆向外/tE顺MN中感应电流从M到NMN受磁场力向左，棒向左做加速运动.在3T/4T内：电流i逆向外E逆MN中感应电流从N到MMN受磁场力向右，棒向左做减速运动，直到返回出发点，速度为零。此后，又重复刚才的过程。由此可见，棒将在某一位置附近往复运动，故选C。,练习1.一个电热器接在10V直流电源上，发热消耗功率为P，若把它改接在交流电源上，要使它发热消耗的功率为P/2，则交流电压的最大值是（）A、5V；B、7.07V；C、10V；D、14.1V.,解：P=U12/RU1=10V,P/2=U22/R,交流电的最大值U2m=10V,交流电的有效值,练习2.两个完全相同的电热器，分别通以如图所示电流，最大值相同的方波交流电流和正弦交流电流，则这两个电热器的电功率之比Pa：Pb为（）(A)1：(B)2：(C)2：1(D)：1,解：P=I2R,I1=Im,I2=Im,P1/P2=2:1,练习3：图中是两个非正弦交流电电流随时间变化的图像，它们的最大值都是10A，它们的有效值分别是：,画出一般的交流电图象如C图示,A图的有效值与C图相同：IA=7.07A,B图:Q=I12RT/2+0=IB2RT,I1=7.07A,IB=5A,练习4.如图所示，边长为L,电阻为R的单匝正方形线圈abcd，在磁感应强度为B的匀强磁场中,以cd边为轴以角速度作匀速转动，转动方向如图,cd边与磁场方向垂直。求:(1)当它从图示位置转过900的过程中产生的热量。(2)当它从图示位置转过900的过程中通过导线横截面的电量。(3)当它从图示位置转过600的时,线圈所受的磁力矩。(4)ts内外界驱动线圈所做的功(t2/)。,解:,产生的感应电动势的最大值,Em=BL2,有效值为E=0.707BL2,（1）转过900的过程中产生的热量为：t=1/4T=1/42/,Q=E2tR=B22L4/R1/42/=B2L44R,感应电流的平均值为,（2）通过导线横截面的电量,画出俯视图如图:,标出电流方向,画出受力方向,（4）求ts内外界驱动线圈所做的功(t2/)感应电动势的最大值Em=BL2,有效值E=/2BL2,W=Pt=E2t/R=B22L4t/2R