18-19第2章21怎樣產(chǎn)生交變電流

1、2.1怎樣產(chǎn)生交變電流知識脈絡(luò)泣朽匿楫式發(fā)電機交鏡發(fā)電機的能量是機械能轉(zhuǎn)化為電能交交電冼的產(chǎn)生1. 學(xué)習(xí)目標知道交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu).理解交變電流的概念及產(chǎn)生原理.（難點）掌握交變電流的變化規(guī)律及兩種表示方法.（重點）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(xí)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(dāng)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. 基本組成由產(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、2. 發(fā)電機的基本種類（1）旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機：電樞旋轉(zhuǎn)、磁極不動;提供500V以下的電壓.（2）旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機：磁極旋轉(zhuǎn)、電樞丕動；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. 表達式若從中性面開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e=EmaxsinGJtEmax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.基礎(chǔ)自測1. 思考判斷(1) 變化的電流都是交變電流.(X)【提示】若只大小變化而方向不變的電流不是交變電流.(2) 何定電流的大小和方向都不變，所以它是直流電.(3(3) 線圈只要在勻

3、強磁場中勻速轉(zhuǎn)動就能產(chǎn)生正弦式交變電流.(X)【提示】線圈在勻強磁場中繞垂直丁磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動才能產(chǎn)生正弦式交變電流.(4) 線圈每轉(zhuǎn)一周經(jīng)過中性面兩次.(/)當(dāng)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.(X)【提示】中性面位置感應(yīng)電流為0.(5) 發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.(32. (多選)如圖所示圖像中屆丁交流電的有()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.關(guān)丁線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流，下歹0說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)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，

4、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)電流和感應(yīng)電動勢萬向都要改變一次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.合作探究玫重難交尖電流的廣生1.過程分析掃課-*掃彩上M如圖2-1-1所示為線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中的幾個關(guān)鍵位置.丙、戊所示的位置，線圈平面垂直丁磁感線，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,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)電流達

5、到最大值.圖2-1-1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(dāng)ab邊向右、cd邊向左運動時，感應(yīng)電流是沿abcd方向流動的.當(dāng)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丁磁感線時，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.例U（多選）矩形線框繞垂直丁勻強磁場且在線框平面內(nèi)的軸

6、勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了交變電流，下列說法正確的是（）A. 當(dāng)線框位丁中性面時，線框中感應(yīng)電動勢最大B. 當(dāng)穿過線框的磁通量為零時，線框中的感應(yīng)電動勢也為零C. 每當(dāng)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)合線框處丁中性面的特點分析.第3頁CD線框位丁中性面時，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)電動勢等丁零，此時穿過線框的磁通量的變化率也等丁零，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.線框垂直丁中性面時，穿過線框的磁通量為零，但切割磁感線的兩邊都垂

7、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.搞活兩個特殊位置的特點.(1) 線圈平面與磁場垂直時：e為0,i為0,為取大，jt為0.一，.饑一，(2) 線圈平面與磁場平仃時：e為成大,i為取大,為0,云為取大.針對訓(xùn)練.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2-1-2所示，由圖可知()【導(dǎo)學(xué)號：53932056】圖2-1-2A.在A和C時刻線圈處丁中性面位置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?；《菵. 在A和C時刻磁通量變化率的絕對值最大D當(dāng)線圈在勻強磁場中處丁中性面位置時，磁通量

8、最大，感應(yīng)電動勢為零，感應(yīng)電流為零，B、D兩時刻線圈位丁中性面位置.當(dāng)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，從A時刻到D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為孕瓜度.故選D.ig交變電流的變化規(guī)律1. 從中性面開始計時，交變電流的電動勢、電流、路端電壓的圖像都是正弦曲線(圖2-1-3).圖2-1-31 .瞬時值表達式的推導(dǎo)(1) 如圖2-1-4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e=2BLvsin0.圖2-1-4(2) 若從中性面開始計時，貝UEm=2BLv,0=3t瞬時值表達式為e=Emsin3t3.

9、 從任意位置計時，瞬時值表達式e=Emsin(3+0)當(dāng)質(zhì)須寸，即從最大值位置開始計時.這時e=Emcos31卜例四有一個正方形線圈的匝數(shù)為10匝，邊長為20cm,線圈總電阻為1Q線圈繞OO'軸以10兀rad/s勺角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖2-1-5所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5T,問：圖2-1-5(1) 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) 若從中性面位置開始計時，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始，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Em=2nBLv=nBSco=10X0.5

10、X0.22X10兀V6.28V電流的最大值為Im=胃6.28A.2 從中性面位置開始計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e=Emsin件6.28sin(10t)V.(2) 線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)過30°，感應(yīng)電動勢e=Emsin30配3.14V.【答案】(1)6.28V6.28A(2)e=6.28sin(10t)V3.14V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3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).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，e=Emsin3t表示形式僅限丁自中性面開始計時的情況.當(dāng)從垂直中性面開始計時時

11、，表達式應(yīng)為e=Emcos3.t針對訓(xùn)練2. 如圖2-1-6所示，在勻強磁場中有一個“！形導(dǎo)線框可繞AB軸轉(zhuǎn)動，已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=捋T,線框的CD邊長為20cm,CE、DF長均為10cm,轉(zhuǎn)速為50r/s.若從圖示位置開始計時：圖2-1-6(1) 寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式；(2) 在e-t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，開始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3c此時刻e=B1i12cdcos3】52十即e=BScocos3出中B=兀T,S=0.1X0.2m2=0.02m2,3=2m=2宓50rad/s=10

12、0攵rad/s故e=還x0.02X100兀cos(100t)V,Tt即：e=102cos(100t)V.線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像如圖所示：【答案】(1)e=10戒cos(100t)V(2)見解析圖當(dāng)堂達標固雙基（多選）關(guān)于交變電流和直流電的說法中，正確的是（）【導(dǎo)學(xué)號：53932057A.如果電流的大小做周期性變化，則一定是交變電流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屆于交變電流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

13、正弦波形等，這些都屆于交變電流，C錯誤，D正確.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2-1-7甲所示，貝U下列說法中正確的是（）圖2-1-7A.t=0時刻，線圈平面與中性面垂直B.t=0.01s時刻，的變化率最大C. t=0.02s時刻，感應(yīng)電動勢達到最大D. 該線圈產(chǎn)生的相應(yīng)感應(yīng)電動勢的圖像如圖2-1-7乙所示B由題圖甲可知t=0時刻，線圈的磁通量最大，線圈處于中性面；t=0.01s時刻，磁通量為零，但變化率最大，所以A項錯誤，B項正確.t=0.02s時，感應(yīng)電動勢應(yīng)為零，C、D項均錯誤.（多選）如圖2-1-8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.已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B.線圈匝數(shù)為n,邊長為l,