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1、第2章 交变电流 与发电机,1怎样产生交变电流,目标定位 1.会观察电流(或电压)的波形图，理解交变电流和直流的概念. 2.理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律. 3.知道交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、 最大值的物理含义.,内容索引,知识探究,达标检测,知识探究,1,一、交变电流,两个发光二极管接成如图1所示电路 (1)把电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？,当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮.,答案,图1,(2)把电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？,当接在手摇式发电机两端时，两个发光二极管间或的闪亮，原因是发电机产
2、生与直流不同的电流，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变.,答案,1.大小和方向都随时间做 变化的电流叫交变电流，简称 . 2. 不随时间变化的电流称为直流. 、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流. 3.对直流电流和交变电流的区分主要是看电流 是否变化.,大小,交流,方向,周期性,方向,例1 (多选)如图所示的图像中属于交变电流的有,答案,解析,选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流.,二、交变电流的产生,图2,假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图2甲至丁所示.请分析判断： (1)图中
3、，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？,由B到A,答案,(2)在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？,图2,由A到B,答案,(3)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？,图2,线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流，称为中性面.线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大.,答案,(4)大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负.在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻.,图2,答案,1.交流发电机的构造：主要由可转动的 (电枢)和 两部分组成. 2.正弦式交变电流的产生：将闭合矩形线圈
4、置于 磁场中，并绕_ _ _方向的轴 转动. 3.中性面线圈平面与磁感线 时的位置 (1)线圈处于中性面位置时，穿过线圈的 ，但线圈中的电流为_ (填“最大”或“零”). (2)线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变.线圈转动一周，感应电流方向改变 次.,线圈,磁体,垂直,匀强,匀速,垂直,零,最大,两,磁场,4.旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机,(1) 旋转电枢式发电机 产生电压一般不超过500 V,定子：_ 转子：_,(2) 旋转磁极式发电机 能产生几千伏到几万伏电压,定子：_ 转子：_,5.交变电流的电能从哪里来 从能量转化的角度看，发电机是把机械能转变为电能的机器.,磁体,
5、线圈,线圈,磁体,例2(多选)矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是 A.当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B.当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C.每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次 D.线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零,答案,解析,线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时刻变化.线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通
6、量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大.故C、D选项正确.,三、交变电流的变化规律,如图3所示是图2中线圈ABCD在磁场中绕轴OO转动时的截面图.设AB边长为L1，BC边长为L2，线圈面积SL1L2，磁感应强度为B，线圈转动的角速度为，则：,图3,(1)甲、乙、丙位置AB边产生的感应电动势各为多大？,答案,(2)甲、乙、丙位置整个线圈中的感应电动势各为多大？,图3,答案,整个线圈中的感应电动势由AB和CD两部分产生，且eABeCD，所以 甲：e0 乙：eeABeCDBSsin t 丙：eBS,(3)若线圈有n匝，则甲
7、、乙、丙中整个线圈的感应电动势各为多大？,图3,答案,若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以 甲：e0 乙：enBSsin t 丙：enBS,1.正弦式交变电流的瞬时值表达式 (1)当从中性面开始计时：e_ (2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e . 2.正弦式交变电流的峰值表达式 EmaxnBS 与线圈的形状及转动轴的位置 .(填“有关”或“无关”),Emaxsin t.,Emaxcos t,无关,3.两个特殊位置 (1)中性面：线圈平面与磁场 . ， 为 ，e为 ，i为 .(填“0”或“最大”) 线圈每次经过中性面时，线圈感应电流的方向要改变.线圈转动一圈，感应电流方向改变
8、次. (2)垂直中性面：线圈平面与磁场 . 为 ， ，e为 ，I .(填“0”或“最大”),最大,最大,最大,最大,0,平行,两,0,0,0,垂直,4.(1)正弦式交变电流的图像及应用,或,从中性面计时从垂直中性面(BS)计时,(2)从正弦式交变电流的图像中可以解读到以下信息： 交变电流的周期T、峰值Im或者Em. 因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻，也可根据电流或者电压峰值找出线圈平行磁感线的时刻. 判断线圈中磁通量最小、最大的时刻及磁通量变化率 最大、最小的时刻. 分析判断i、e的大小和方向随时间变化的规律.,例3有一个正方形线圈的匝数为
9、10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 ，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图4所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，求： (1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少.,答案,解析,图4,6.28 V6.28 A,交变电流电动势的峰值为 Emax2nBLvnBS 100.50.2210 V6.28 V,(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表达式.,答案,解析,从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmaxsin t6.28sin (10t) V.,e6.28sin (10t) V,(3)线圈从中性面位置开始，转过30时，感应
10、电动势的瞬时值是多大.,答案,解析,线圈从中性面位置开始转过30，感应电动势 eEmaxsin 303.14 V.,3.14 V,例4线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图5所示，由图中信息可以判断 A.在A和C时刻线圈处于中性面位置 B.在B和D穿过线圈的磁通量为零 C.从AD线圈转过的角度为2 D.若从OD历时0.02 s，则在1 s内交 变电流的方向改变100次,答案,解析,图5,根据题图，首先判断出交变电流的瞬时值表达式iImaxsin t.其中Imax是交变电流的最大值，是线圈旋转的角速度.另外，应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈每旋转一周，
11、两次经过中性面，经过中性面的位置时电流改变方向，从题图可以看出，在O、B、D时刻电流为零，所以此时刻线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大； 在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；从A到D，线圈旋转 周，转过的角度为 ；如果从O到D历时0.02 s，恰好为一个周期，所以1 s内线圈转过50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次.综合以上分析可得，只有选项D正确.,达标检测,2,1.(交变电流的产生)(多选)下列各图中，线圈中能产生交变电流的有,1,2,3,4,答案,2.(交变电流的规律)(多选)如图6所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，adbcl
12、1，abcdl2.从图示位置起该线圈以角速度绕不同转轴匀速转动，则 A.以OO为转轴时，感应电动势eBl1l2sin t B.以O1O1为转轴时，感应电动势eBl1l2sin t C.以OO为转轴时，感应电动势eBl1l2cos t,图6,答案,解析,1,2,3,4,D.以OO为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势eBl1l2sin (t ),以O1O1为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流.无论以OO为轴还是以ab为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl1l2.由于是从与磁场平行的面开始计时，产生的是余弦式交变电流，故C、D正确.,1,2,3,4,3.(交变电流的图像)一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂
13、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像如图7甲所示，则下列说法中正确的是 A.t0时刻，线圈平面与中性面垂直 B.t0.01 s时刻，的变化率最大 C.t0.02 s时刻，交变电动势达到最大 D.该线圈产生的相应感应电动势的图像如图乙所示,答案,解析,图7,1,2,3,4,由题图甲可知t0时刻，线圈的磁通量最大，线圈处于中性面.t0.01 s时刻，磁通量为零，但变化率最大，所以A项错误，B项正确. t0.02 s时，感应电动势应为零，C、D项均错误.,1,2,3,4,4.(交变电流的规律)如图8所示，线圈的面积是0.05 m2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B T，当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时，求： (1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式.,答案,解析,1,2,3,4,图8,e50sin(10t)V,n300 r/min5 r/s，因为从中性面开始转动，并且求的是瞬时值， 故eEmaxsin tNBS2nsin (2nt)50sin (10t)V,(2)从中性面开始计时，线圈转过 s时电动势瞬时值多大？,答案,解析,1,2,3,4,图8,43.3 V,
