5.1《交变电流》学习课程

1、5.15.1交变电流交变电流第1页/共41页第一页，编辑于星期五：五点 五十四分。5.1 交变电流第五章 交变电流第2页/共41页第二页，编辑于星期五：五点 五十四分。 知识回顾如何在一个矩形线框中产生感应电流？请运用电磁感应的知识，设计一个发电机模型。设计：让矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。第3页/共41页第三页，编辑于星期五：五点 五十四分。转子转子电刷电刷电刷电刷定子定子第4页/共41页第四页，编辑于星期五：五点 五十四分。【演示1】第5页/共41页第五页，编辑于星期五：五点 五十四分。观察小灯泡的观察小灯泡的发光发光情况情况“亮亮”、“闪闪”闪闪: :亮亮: :通过灯泡电

2、流大小是变化通过灯泡电流大小是变化说明有电流通过灯泡说明有电流通过灯泡结论结论： 线框中产生的感应电流强度大小是变化的线框中产生的感应电流强度大小是变化的一、交变电流一、交变电流第6页/共41页第六页，编辑于星期五：五点 五十四分。做一做做一做【演示2】第7页/共41页第七页，编辑于星期五：五点 五十四分。观察二极管的观察二极管的发光发光情况情况交替发光交替发光通过二极管的电流通过二极管的电流方向方向是周是周期性变化的期性变化的线框中产生的感应电流方向是变化的线框中产生的感应电流方向是变化的G G第8页/共41页第八页，编辑于星期五：五点 五十四分。第9页/共41页第九页，编辑于星期五：五点

3、五十四分。概念:1.1.交变电流交变电流: 大小和方向都随时间做周期性的变化. 简称交流（AC）2.直流电: 方向方向不随时间变化的电流（不随时间变化的电流（DC） 恒定电流恒定电流:大小大小和和方向方向不随时间变化的电流不随时间变化的电流 第10页/共41页第十页，编辑于星期五：五点 五十四分。 观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些是交变电流it0(2)it0(1)it0(3)i0t(4)i0t(5)（1）（）（2）（）（5）第11页/共41页第十一页，编辑于星期五：五点 五十四分。二、交变电流的产生第12页/共41页第十二页，编辑于星期五：五点 五十四分。阅读P32并回答下列问题:第13

4、页/共41页第十三页，编辑于星期五：五点 五十四分。问题问题1.1.在线圈转动过程中在线圈转动过程中, ,哪些边在做切割磁感哪些边在做切割磁感线运动线运动? ?问题问题2.2.这两条边是否一直在做切割磁感线运动这两条边是否一直在做切割磁感线运动? ?ab、cd边边二、交变电流的产生线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动cbdaaaaabbbddddccc第14页/共41页第十四页，编辑于星期五：五点 五十四分。中性面中性面思考思考:在这个位置在这个位置磁通量磁通量是多大是多大?电动势是零电动势是零此时线圈所在的平面叫做此时线圈所在的平面叫做中性面中性面

5、a(b)(c)dv1v2abcdHFBS最大最大E=0=0I=0=0特点：特点：BV第15页/共41页第十五页，编辑于星期五：五点 五十四分。问题3.若单匝线框所处位置与中性面垂直,设磁感应强度大小为B ,ab边和cd边长均为L1,ad边和bc边长为L2,线框绕垂直于磁场并且过ad和bc边中点的轴旋转,角速度大小为. 问: ab边和cd边切割磁感线产生的电动势分别是多大? acdHF第16页/共41页第十六页，编辑于星期五：五点 五十四分。a(b)(c)dv1v2acdHF中性面Eab=BL1V1=BL1Ecd=BL1V2=BL1第17页/共41页第十七页，编辑于星期五：五点 五十四分。问题4

6、.整个单匝线框在与中性面垂直位置时产生的感应电动势是多大?a(b)(c)dv1v2E =Eab+Ecd=BL1 +BL1 =BL1L2=BS思考思考: :磁通量是多大磁通量是多大? ?中性面0 acdHF特点：特点：BS=0=0E E最大最大I I最大最大第18页/共41页第十八页，编辑于星期五：五点 五十四分。问题：若单匝线框从中性面开始以角速度转动,经过一段时间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?（ab=cd=L1,bc=ad=L2,磁感强度为B)V1V2acdHF中性面a(b)c(d)第19页/共41页第十九页，编辑于星期五：五点 五十四分。V1V2V1V1V2V2acdHFb(

7、=t )中性面瞬时值e=eab+ecd=BL1v1 +BL1v2 =BL1L2sin =BL1L2sint=Bssint=Emsint峰值第20页/共41页第二十页，编辑于星期五：五点 五十四分。瞬时值峰值问题：若n匝线框从中性面开始转动,经过一段时间t,在这一时刻整个线框产生的电动势又是多大?V3V4menBs sintE sint acdHFb中性面第21页/共41页第二十一页，编辑于星期五：五点 五十四分。线圈每经过一次中性面，感应电流的方线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次，线圈每转动一周，感应向就改变一次，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。电流的方向改变两次。问题：线

8、圈转动一周，电流方向改变多少次？问题：线圈转动一周，电流方向改变多少次？问题：线圈转动一周，经过中性面多少次问题：线圈转动一周，经过中性面多少次?线圈每转动一周，两次经过中性面。第22页/共41页第二十二页，编辑于星期五：五点 五十四分。三、交变电流的变化规律menBs sintE sint 瞬时值Em=nBS峰值线圈每经过一次中性面，感应电流的线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次，线圈每转动一周，方向就改变一次，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。感应电流的方向改变两次。第23页/共41页第二十三页，编辑于星期五：五点 五十四分。问题：若有n匝线框在匀速转动,产生的瞬时电动势若

9、整个线框的总电阻为r,外电阻为R,则通过电阻的电流和电阻两端的电压分别是多少?vui i四、交变电路中的电流及电压四、交变电路中的电流及电压menBs sintE sint eiRr uiR mRuE sintRr mEisintRr miI sintmuUsint 瞬时值瞬时值峰值峰值第24页/共41页第二十四页，编辑于星期五：五点 五十四分。问题8.前面是用表达式表示交流电的变化规律,怎样用图象表示交流电的变化规律?cbdaaaaabbbddddccc五、交流电的图像五、交流电的图像 第25页/共41页第二十五页，编辑于星期五：五点 五十四分。ttT3T/4T/2T/4O3/2/22eEm

10、=nBsEmmeE sint 作图时规定感应电动势正方向为dcbadcbdaaaaabbbddddccc思考：如果从与中性面垂直的面开始计时电动势的图像如何？思考：如果从与中性面垂直的面开始计时电动势的图像如何？第26页/共41页第二十六页，编辑于星期五：五点 五十四分。思考：若线框从垂直中性面开始计时，在t t时刻线圈中的感应电动势？并画出图象。e=nBscost=EmcostttT3T/4T/2T/4O3/2/22eEm第27页/共41页第二十七页，编辑于星期五：五点 五十四分。第28页/共41页第二十八页，编辑于星期五：五点 五十四分。(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中

11、的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲六、交变电流的种类六、交变电流的种类第29页/共41页第二十九页，编辑于星期五：五点 五十四分。六、交流发电机六、交流发电机第30页/共41页第三十页，编辑于星期五：五点 五十四分。第31页/共41页第三十一页，编辑于星期五：五点 五十四分。1、组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极 2、种类 旋转电枢式发电机 旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子第32页/共41页第三十二页，编辑于星期五：五点 五十四分。 【例】

12、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO匀速转动，角速度=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m， （1）感应电动势的最大值； （2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；abcdOO/B148m( )EnBSv 248200m( )eE sintsint(v) 第33页/共41页第三十三页，编辑于星期五：五点 五十四分。 例 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示可知( ) A、在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置B、在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大C、在B时刻到D时刻

13、线圈转过的角度为弧度D、若从B时刻到D时刻经过0.01s，则在1s内交变电流的方向改变100次 ACD第34页/共41页第三十四页，编辑于星期五：五点 五十四分。本节课小结:2 2、正弦式交变电流的规律、正弦式交变电流的规律:(:(从中性面开始计时从中性面开始计时) )3 3、中性面的特点：、中性面的特点：1 1、交变电流、交变电流: :;sin tEemtUumsin;sintIimmmErRRU其中：其中：;NBSEm;rREImm大小和大小和方向方向都随时间做周期性的变化都随时间做周期性的变化磁通量最大为磁通量最大为mm； e=0e=0；电流方向改变。；电流方向改变。第35页/共41页第

14、三十五页，编辑于星期五：五点 五十四分。回顾解释【演示1】中小灯泡为什么会闪亮?一个周期中闪亮几次一个周期中闪亮几次?ttT3T/4T/2T/4O3/2/22uUmt1t2t3t4U1-U1两次两次第36页/共41页第三十六页，编辑于星期五：五点 五十四分。类比延伸如图所示，如图所示， ABC 是由均匀细导线制是由均匀细导线制成面积为成面积为S的等边三角形线框，它以的等边三角形线框，它以 AC 为转轴，在磁感应强度为为转轴，在磁感应强度为 B 的的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度恒定的匀强磁场中以恒定的角速度转动（俯视为逆时针旋转）转动（俯视为逆时针旋转）, 磁场磁场方向与方向与 AC 垂直指向

15、纸内请写出从垂直指向纸内请写出从这一时间开始计时这一时间开始计时,感应电动势随时感应电动势随时间变化的关系式间变化的关系式. ACBe=nBSsint（n=1）思考：通过线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴旋思考：通过线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴旋转切割产生的电动势与线圈的形状是否有关？转切割产生的电动势与线圈的形状是否有关？无关无关第37页/共41页第三十七页，编辑于星期五：五点 五十四分。 1、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e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的（ ） At1时刻通过线圈的磁通量为零 Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大D巩固练习：巩固练习：第38页/共41页第三十八页，编