第五章交变电流第一节

1、第五章 交变电流学习目标: 1.会观察电流或电压的波形图,理解交变电流、直流的概念. 2.分析线圈转动一周中电动势和电流方向的变化,能对交变电流的产生有比较清的了解,具有运用原理解决新情境下问题的能力. 3.知道交变电流的变化规律及表示方法,知道交变电流的峰值、瞬时值的物理意义.一、知识链接:1.产生感应电流的条件是什么? 感应电流的方向如何判断?2.在电磁感应现象中,能量形式是如何转化的? 发电机是利用什么原理来发电的?二、问题导学:交变电流1.在恒定电流的电路中,为什么电路中的电流、电压都不随时间变化? 在生产和日常生活用电的电力系统中,为什么用电器中的电流、电压都随时间做周期性变化? 什

2、么是交变电流? 什么是直流? 交变电流能变成直流吗?交变电流的产生2.如图5.1-3是交流发电机的示意图. 线圈的AB边和CD边分别是与哪两个金属滑环连接的? 线圈在转动时是怎样保持与外电路连接的?问题: 转动过程中,线圈ABCD的哪些边产生感应电动势? 在四个图中,产生电动势最大的是图 ； 产生电动势电动势最小的是图 . 当线圈转到什么位置时线圈中没有电流? 转到什么位置时线圈中的电流最大?3.什么是中性面? 线圈经过中性面时，感应电动势为 ，感应电流为 .磁通量最 , 磁通量的变化率最 . 当线圈平面与中性面垂直时，感应电动势最 ，感应电流最 . 磁通量最 ,磁通量的变化率最 . 线圈每经

3、过中性面一次，交流电方向改变 次，线圈每转动一周（交流电的一个周期）， 次经过中性面，交流电的方向改变 次.交变电流的变化规律4.线圈从中性面(图5.1-3中的甲图)开始计时,转动的角速度是,线圈中的感应电动势的峰值是Em，经过时间t, 感应电动势e随时间变化的规律(也叫瞬时值表达式)为e= . 式中电动势的峰值 Em表示什么意思? .e叫什么? .当负载为纯电阻时,电压u、流过的电流i随时间的变化规律(瞬时值表达式). u= , i= . Um和Im表示什么值? .u、i叫什么? . 什么叫正弦式交变电流? 产生正弦式交变电流的条件是什么?三、小结1、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化

4、的电流. 正弦式交变电流: 按正弦规律变化的交变电流叫做正弦交变电流. 产生: 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.2、中性面特点: 线圈平面垂直于磁感线；增大；/t最小为零；感应电动势为零；感应电流为零；电流方向发生改变.3、交变电流的变化规律：（1）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。 （2）大小变化规律-按正弦规律变化(以线圈经过中性面开始计时，在时刻t). 表达式: e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大

5、值 (电动势的最大值，与线圈的形状、转轴的位置无关) 图象:三、例题解析例题1、如图所示中，不能产生交变电流的是( )解析：矩形线圈绕着垂直于磁场方向的转轴做匀速圆周运动就产生交流电，而A图中的转轴与磁场方向平行，线圈中无电流产生.例题2、交流发电机在工作时的电动势eEmsint. 若将线圈匝数、线圈面积都提高到原来的两倍，其他条件不变，则电动势变为()A.e2Emsint B.e4EmsintC.eEmsint D.eEmsint解析：由电动势最大值表达式EmNBS，N、S变为原来的两倍，则最大值变为4Em.例题3、线圈在匀强磁场中转动产生电动势e10sin20t V，则下列说法正确的是()

6、A.t0时，线圈平面位于中性面 B.t0时，穿过线圈的磁通量最大C.t0时，导线切割磁感线的有效速率最大 D.t0.4 s时，e有最大值10 V解析：由电动势的瞬时值表达式，计时从线圈位于中性面时开始，所以t0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零,C错误当t0.4 s时，e10sin20t10sin(200.4) V0，D错误例题4、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所示则下列说法中正确的是() At0时刻，线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻，的变化率最大Ct0.02 s时刻，

7、感应电动势达到最大D该线圈转动的角速度为50 rad/s解析：由图象可知t0、0.02 s、0.04 s时刻线圈平面是中性面位置，最大.0，故E0.t0.01 s、0.03 s、0.05 s时刻线圈平面与磁感线平行，最小，最大，故E最大，从图象可知，交变电流变化的周期T0.04 s，则50 rad/s.例题5、如图所示，线圈的面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻为1，外接电阻R9，匀强磁场的磁感应强度为BT，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式(2)线圈转了 s时电动势的瞬时值多大？(3)电路中流过电阻R的电

8、流的峰值是多少？解析：(1)角速度10 rad/s EmNBS1000.0510V50V感应电动势的瞬时值eEmsint50sin10t V.(2)当t1/30s时，e50sin(10)V25V. (3)电流峰值ImEm/(Rr)A5 A.四、练习与提高1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是()A.在中性面时，通过线圈的磁通量最大B.在中性面时，感应电动势最大C.穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零D.穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零2.交流发电机在工作时电动势为eEmsin t，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不

9、变，则其电动势变为()A.eEmsin B.e2Emsin C.eEmsin 2t D.esin 2t3.大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流如图所示都属于交变电流下列几个图中哪个是正弦式交流电，哪个是方波，说法正确的是()A.a是正弦式交流电，c是方波B.b是正弦式交流电，d是方波C.a是正弦式交流电，b是方波D.d是正弦式交流电，b是方波4.某线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过它的磁通量随时间的变化规律可用图表示，则()A.t1和t2时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大B.t2时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零C.t3时刻，线圈中的感应电动势为零D.t4时刻，线圈中的感应电动势达最大值5.如下图所示，能够产生交变电流的情况是()6.有一10匝正方形线框，边