选修3-25.1交变电流

1、第五章第五章交变电流交变电流第一节交变电流转子转子电刷电刷电刷电刷定子定子一、交变电流的概念一、交变电流的概念【演示1】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 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【演示2】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方向是周通过二极管的电流方向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概念: 1.1.交变电流交变电流: 大小和大

2、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. 简称交流（简称交流（AC） 2.直流电直流电: 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 观察下列几个电流与时间的图象观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些是交判断哪些是交变电流变电流it0(2)it0(1)it0(3)i0t(4)i0t(5)（1）（）（2）（）（5）交流发电机模型交流发电机模型二、交变电流的产生二、交变电流的产生1 1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动场的轴匀速转动二、交变电流的产生二、交变

3、电流的产生abcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB2 2、过程分析、过程分析abcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB将立体图转化为平面图将立体图转化为平面图abcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB中中性性面面的的概概念念思考思考:在这个位置磁通量是多大在这个位置磁通量是多大?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a(b)(c)dv1v2abcdHF垂直磁场方垂直磁场方向的平面叫向的平面叫做做中性面。中性面。2 2、过程分析、过程分析

4、BS最大最大E=0=0I=0(V/B)a(b)(c)dv5v6acdHFb2 2、过程分析、过程分析BS=0=0E E最大最大I I最大最大感应电流方向感应电流方向 b到到a线圈与磁场平行时，线圈与磁场平行时，最小最小，但线圈中的，但线圈中的电电动势最大动势最大BS最大最大E=0 I=0中性面中性面BS=0E、I最大最大感应电流方向感应电流方向b到到a/ VB线圈转动一周，线圈转动一周，多少次经过中性面多少次经过中性面?电流方向改变多少次电流方向改变多少次?思考与讨论思考与讨论.a(b)a(b)c(d)c(d)O OabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkL

5、AB 1.中性面中性面：垂直磁场方向的平面垂直磁场方向的平面（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大=BS，但，但/t =0最小最小，（，（ ab和和cd边都不切边都不切割磁感线），线圈中的感应割磁感线），线圈中的感应电动势为零电动势为零（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动转动一周一周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两两次次2.线圈平行与磁感线时，线圈平行与磁感线时，=0,/t最大最大，感应感应电动势最大电动势最大。以线圈经过中性面开始计时，切割边以线圈经过中性面开始计时，

6、切割边L1，另一，另一边边L2,推导任意时刻推导任意时刻t线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势tvNBLesin2122Lv又tLLNBesin2121LLNBEm令则有 tEemsine为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值） Em =Nm =NBS三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 V3V4V3V3V4V4acdHFb1314eBL V sinBL V sin 2211LLeBLsinBLsin22 (=t )eBssinBsints 中性面中性面tEemsin1、电动势按正弦规律变化、电动势按正弦规律变化2 2、电流

7、按正弦规律变化、电流按正弦规律变化 tIimsin3 3、电压按正弦规律变化、电压按正弦规律变化 tUumsin 电流电流i通过通过R时：时： .RIUiRumm，成立条件：成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时m axnBSEeoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交流电的图像四、交流电的图像 作图时规定感应电动势正方向为作图时规定感应电动势正方向为abcda Em=nBsmeE sint ttT3T/4T/2

8、T/4O3/2 /22iImrRnBsIm miI sint cbdaaaaabbbddddccc作图时规定感应电流正方向为作图时规定感应电流正方向为dcbad思考：线圈在什么位置电流方向会发生改变？思考：线圈在什么位置电流方向会发生改变？ 四、交流电的图像四、交流电的图像 et0Em-Emit0Im-Im 、交流电的产生：矩形线圈在匀、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生转时，线圈中就产生 、交变电流：、交变电流：和和 都随时间做都随时间做 的电流叫的电流叫做交变电流电压和电流随时间按做交变电流电压和电流随时间按变化

9、的交流电叫正弦交流电变化的交流电叫正弦交流电 课堂练习课堂练习 、当线圈平面垂直于磁感线时，、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，感应电流方向改变动一周，感应电流方向改变、线圈从中性面开始转动，角速度是、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在，那么在任一时刻任一时刻t感应电动势的瞬时感应电动势的瞬时值值e为

10、为_若电路总电阻为若电路总电阻为，则感，则感应电流的瞬时值应电流的瞬时值为为 0Em -Emt六、交流发电机六、交流发电机1、组成：、组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极 2、种类、种类 旋转电枢式发电机旋转电枢式发电机 旋转磁极式发电机转旋转磁极式发电机转动的部分叫转子，不动的部分叫定子动的部分叫转子，不动的部分叫定子、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即、 其中转动的部分叫其中转动的部分叫，不动的部分叫，不动的部分叫发电机发电机转子是由转子是由、或或其它动力机带动其它动力机带动旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋

11、转电枢式转子转子定子定子水轮机水轮机蒸汽轮机蒸汽轮机6、一矩形线圈、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势e随时随时间间t的变化如图所示的变化如图所示,下面说法中正确的是下面说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小对值最小et0t1t2t3t4Em

12、-EmC1 1、知道交变电流知道交变电流定义定义（ACAC）：）：大小和方向都随时间作周期性变化大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化的电流为的电流。方向不随时间变化的电流为直流电直流电（DCDC）。）。辨析电流图辨析电流图。3 3、推导和理解交变电流的推导和理解交变电流的变化规律变化规律：（重难点）（重难点）（1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，感应电流的一次，感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电流的方向改变，感应电流的方向改变两次两次。 最大最大，/t =0最小，感应电动势最小最小，感应电动势最小

13、E=0（2）大小）大小变化规律变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：（能画出瞬时线速度分变化：（能画出瞬时线速度分解图）解图） e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值（峰值）叫电动势的最大值（峰值） i=Imsint Im=Em/R+r 叫电流的最大值（峰值）叫电流的最大值（峰值） u=Umsint Um=ImR 叫电压的最大值（峰值）叫电压的最大值（峰值） 5.1交变电流交变电流 小结小结2 2、理解交变电流产生的理解交变电流产生的过程过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四

14、幅过程图。 垂直磁场方向的平面叫做垂直磁场方向的平面叫做中性面。中性面。 （重点）（重点）.RIUiRumm，电流通过电流通过R时：时：1在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是变电流的是 ，属于正弦交变电流的是，属于正弦交变电流的是 。tiABCDA B DA三、课堂练习三、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间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )： T

15、1时刻通过线圈的磁通量为零；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；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时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；最大； 每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大对值都为最大。 答案：答案： D1. 1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈abab边长为边长为20cm20cm，adad边长为边长为10cm10cm，磁感应强度，磁感应强度 B=0.01TB=0.01T，线圈的转速，线圈的转速n=50r/sn=50r/s，

16、求：电动势，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。的最大值及对应的线圈位置。0.0628V 0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。线圈平面与磁场方向平行。 2. 2. 如图所示：匝数为如图所示：匝数为NN、面积、面积为为S S的矩形线圈在匀强磁场的矩形线圈在匀强磁场B B中中匀速转动，角速度为匀速转动，角速度为，求线，求线圈从图示位置转过圈从图示位置转过180180度时间度时间内的平均感应电动势。内的平均感应电动势。. .E平均=S2N B /练习 4、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势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的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度，

17、线圈在磁场中转动的角速度100rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。）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）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的路的 总电阻为总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？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？）转动过程中磁通量的变化率最

18、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）E m=311V E=N/t=2NBS/198V（4）/t=311/N（Wb/s）(甲) (乙)(丙丙)(丁丁)E I ，电流方向：电流方向： .E , I , .E I ，电流方向：电流方向： .=0=0有最大值有最大值有最大值有最大值有最大值有最大值a b有最大值有最大值有最大值有最大值baE , I , .= 0= 0有最大值有最大值 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转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化为平面图来分析.( .(学生画）学生画）问题：问题：各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出i-t图图像？线圈转动一周，电流方向改变多少次？像？线圈转动一周，电流方向改变多少次？问题问题1.1.在线圈转动过程中在线圈转动过程中,