第2章 2.1　怎樣產(chǎn)生交變電流

1、.2.1怎樣產(chǎn)生交變電流學 習 目 標知 識 脈 絡(luò)1.知道交流發(fā)電機的構(gòu)造2.理解交變電流的概念及產(chǎn)生原理難點3.掌握交變電流的變化規(guī)律及兩種表示方法重點4.掌握交變電流的中性面，最大值、瞬時值及方向的變化難點自 主 預(yù) 習·探 新 知知識梳理一、交變電流1定義大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流2正弦式交變電流當線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的交變電流的電流和電壓都按正弦函數(shù)規(guī)律變化，這種電流叫正弦式交變電流二、交流發(fā)電機1根本組成由產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的線圈電樞和產(chǎn)生磁場的磁體組成2發(fā)電機的根本種類1旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極不動；

2、提供500 V以下的電壓2旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：磁極旋轉(zhuǎn)，電樞不動；提供幾千到幾萬伏的電壓，輸出功率可達幾十萬千瓦3中性面線圈平面與磁感線垂直的位置，此位置磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零4表達式假設(shè)從中性面開場計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eEmaxsin_t，Emax是感應(yīng)電動勢的最大值5電能來源轉(zhuǎn)子的機械能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機的電能根底自測1考慮判斷1變化的電流都是交變電流×【提示】假設(shè)只大小變化而方向不變的電流不是交變電流2恒定電流的大小和方向都不變，所以它是直流電3線圈只要在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動就能產(chǎn)生正弦式交變電流×【提示】線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動才能產(chǎn)生正弦式交

3、變電流4線圈每轉(zhuǎn)一周經(jīng)過中性面兩次5當線圈經(jīng)過中性面時，穿過線圈的磁通量最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大×【提示】中性面位置感應(yīng)電流為0.6發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置2多項選擇如下圖圖像中屬于交流電的有ABCD圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化，而方向沒有變化A、B、C圖中的電流方向均發(fā)生了周期性變化3關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流，以下說法中正確的選項是 【導學號：53932055】A線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向改變一次，感應(yīng)電動勢方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向就改變一次C線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢方向都要改變一次D線圈轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流和

4、感應(yīng)電動勢方向都要改變一次C線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的方向都要改變一次，轉(zhuǎn)動一周方向改變兩次，因此C正確，A、B、D錯誤合 作 探 究·攻 重 難交變電流的產(chǎn)生1.過程分析如圖2­1­1所示為線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中的幾個關(guān)鍵位置圖甲、丙、戊所示的位置，線圈平面垂直于磁感線，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這樣的位置叫中性面圖乙、丁所示的位置，線圈平面與磁場方向平行，ab、cd兩邊垂直切割磁感線，此時線圈的感應(yīng)電流到達最大值圖2­1­1這五個位置的中間過程，各有變化的電流存在，從圖中可以看到，當ab邊向右、cd邊向左運

5、動時，感應(yīng)電流是沿abcd方向流動的當ab邊向左、cd邊向右運動時，感應(yīng)電流是沿dcba方向流動的由以上分析可知，線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，感應(yīng)電流的大小和方向都在變化，每轉(zhuǎn)動一周重復(fù)這種變化一次，這樣線圈所在的電路中就出現(xiàn)了大小和方向都做周期性變化的交變電流2中性面特點線圈平面垂直于磁感線時，線圈中的感應(yīng)電流為零，這一位置叫中性面線圈平面經(jīng)過中性面時，電流方向就發(fā)生改變，線圈繞軸轉(zhuǎn)一周經(jīng)過中性面兩次，因此感應(yīng)電流方向改變兩次多項選擇矩形線框繞垂直于勻強磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，以下說法正確的選項是A當線框位于中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大B當穿過線框的磁通量為零時，線框中的

6、感應(yīng)電動勢也為零C每當線框經(jīng)過中性面時，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向就改變一次D線框經(jīng)過中性面時，各邊切割磁感線的速度為零思路點撥：結(jié)合線框處于中性面的特點分析CD線框位于中性面時，線框平面與磁感線垂直，穿過線框的磁通量最大，但此時切割磁感線的兩邊的速度與磁感線平行，即不切割磁感線，所以感應(yīng)電動勢等于零，此時穿過線框的磁通量的變化率也等于零，感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向也就在此時刻發(fā)生變化線框垂直于中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂直切割，有效切割速度最大，所以感應(yīng)電動勢最大，也可以說此時穿過線框的磁通量的變化率最大，故C、D選項正確搞清兩個特殊位置的特點1線圈平面與磁場垂直時

7、：e為0，i為0，為最大，為0.2線圈平面與磁場平行時：e為最大，i為最大，為0，為最大針對訓練1線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖像如圖2­1­2所示，由圖可知 【導學號：53932056】A在A和C時刻線圈處于中性面位置B在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度D在A和C時刻磁通量變化率的絕對值最大D當線圈在勻強磁場中處于中性面位置時，磁通量最大，感應(yīng)電動勢為零，感應(yīng)電流為零，B、D兩時刻線圈位于中性面位置當線圈平面與磁感線平行時，磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，A、C時刻線圈平面與磁感線平行，D正確，

8、從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為弧度應(yīng)選D.交變電流的變化規(guī)律1.從中性面開場計時，交變電流的電動勢、電流、路端電壓的圖像都是正弦曲線圖2­1­3圖2­1­32瞬時值表達式的推導1如圖2­1­4為發(fā)電機線圈平面圖，AB、CD邊切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e2BLvsin .圖2­1­42假設(shè)從中性面開場計時，那么Em2BLv，t瞬時值表達式為eEmsin t.3從任意位置計時，瞬時值表達式eEmsint當時，即從最大值位置開場計時這時eEmcos t.有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為20 cm，線圈總電阻為1

9、，線圈繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖2­1­5所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5 T，問：圖2­1­51該線圈產(chǎn)生的交變電流電動勢的最大值、電流的最大值分別是多少2假設(shè)從中性面位置開場計時，寫出感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式3線圈從中性面位置開場，轉(zhuǎn)過30°時，感應(yīng)電動勢的瞬時值是多大【解析】1交變電流電動勢的最大值為Em2nBLvnBS10×0.5×0.22×10 V6.28 V電流的最大值為Im6.28 A.2從中性面位置開場計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eEmsin t6.28sin 10t

10、V.3線圈從中性面位置開場轉(zhuǎn)過30°，感應(yīng)電動勢eEmsin 30°3.14 V.【答案】16.28 V6.28 A2e6.28sin 10tV33.14 V最大值與表達式1感應(yīng)電動勢的最大值由線圈匝數(shù)n，磁感應(yīng)強度B，轉(zhuǎn)動角速度及線圈面積S決定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)動軸的位置無關(guān)2書寫感應(yīng)電動勢瞬時值表達式時一定要確定線圈的計時位置，eEmsin t表示形式僅限于自中性面開場計時的情況當從垂直中性面開場計時時，表達式應(yīng)為eEmcos t.針對訓練2如圖2­1­6所示，在勻強磁場中有一個“形導線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B T，線框的CD邊

11、長為20 cm，CE、DF長均為10 cm，轉(zhuǎn)速為50 r/s.假設(shè)從圖示位置開場計時：1寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式；2在e­t坐標系中作出線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像【解析】1線框轉(zhuǎn)動，開場計時的位置為線框平面與磁感線平行的位置，在t時刻線框轉(zhuǎn)過的角度為t，此時刻eBl1l2cos t，即eBScos t.其中B T，S0.1×0.2 m20.02 m2，2n2×50 rad/s100 rad/s，故e×0.02×100cos100tV，即：e10cos100tV.2線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像如下圖：【答案】1e10cos1

12、00tV2見解析圖當 堂 達 標·固 雙 基1多項選擇關(guān)于交變電流和直流電的說法中，正確的選項是 【導學號：53932057】A假如電流的大小做周期性變化，那么一定是交變電流B直流電的大小可以變化，但方向一定不變C交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的D方向隨時間變化的電流屬于交變電流BD直流電的方向不發(fā)生變化，而大小可以改變，A錯誤，B正確交變電流是指方向發(fā)生周期性變化的電流，可以是鋸齒形、矩形波形、尖脈沖波形以及正弦波形等，這些都屬于交變電流，C錯誤，D正確2一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖2­1­7甲所示

13、，那么以下說法中正確的選項是圖2­1­7At0時刻，線圈平面與中性面垂直Bt0.01 s時刻，的變化率最大Ct0.02 s時刻，感應(yīng)電動勢到達最大D該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動勢的圖像如圖2­1­7乙所示B由題圖甲可知t0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面；t0.01 s時刻，磁通量為零，但變化率最大，所以A項錯誤，B項正確t0.02 s時，感應(yīng)電動勢應(yīng)為零，C、D項均錯誤3多項選擇如圖2­1­8所示，一正方形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動，沿著OO觀察，線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B.線圈匝數(shù)為n，