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1、博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）交变电流交变电流知识网络：知识网络：单元切块：单元切块：按照考纲的要求，本章内容可以分成两部分，即：交变电流；变压器、电能的输送。其中重点是交变电流的规律和变压器，交流电路的分析和计算是复习的难点。交变电流交变电流教学目标：教学目标：1掌握交流发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达，2理解最大值与有效值，周期与频率；3知道电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗教学重点：教学重点：交流的基本概念教学难点：教学难点：交
2、流电路的分析与计算教学方法：教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：教学过程：一、交变电流的产生一、交变电流的产生1. 正弦交流电的产生博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生如图所示设矩形线圈 abcd 以角速度绕 oo 轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零经过时间 t 线圈转过t 角，这时 ab 边的线速度 v 方向跟磁感线方
3、向夹角等于t ，设 ab 边的长度为 l，bd边的长度为 l，线圈中感应电动势为tlBlesin22当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，线圈转过 T/4 时间，t=/2，ab 边和 cd 边都垂直切割磁感线，sint =1，线圈中感应电动势最大，用 Em来表示，Em=BS则 e =Emsint由上式知，在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的根据闭合电路欧姆定律：，令tRE Reimsin，则REIm mi=Imsint路端电压 u=iR=ImRsint，令 Um=ImR，则u=Umsint 如果线圈从如图所示位置开始转动，电路中感应电动势、感应电
4、流和路端电压将按余弦规律变化e=Emcost i=Imcost u=Umcost 2中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面应注意：中性面在垂直于磁场位置线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）大线圈平面通过中性面时感应电动势为零线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次3正弦交流电的图象 矩形线圈在匀强磁场中，绕
5、垂直于磁感线的轴做匀角速转动，线圈里产生正弦交流电当线圈从中性面开始转动，在一个周期中：在 t（0，T/4）时间内，线圈中感应电动势从 0 达到最大值 Em在 t （T/4，T/2）时间内，线圈中感应电动势从最大值 Em减小到0在 t （T/2，3T/4）时间内，线圈中感应电动势从 0 增加到负的最大值-Em在 t （3T/4，T）时间内，线圈中感应电动势的值从负的最大值-Em减小到 0电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示二、描述交变电流的物理量二、描述交变电流的物理量1、瞬时值、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：，.应当注意必须从中
6、性面开始。temsintIimsin生活中用的市电电压为 220V，其最大值为 220V=311V（有时写为 310V） ，频率为250HZ，所以其电压瞬时值的表达式为 u=311sin314tV。【例 1】有一正弦交流电源，电压有效值 U=120V，频率为 f=50Hz 向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为 U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间2有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？解析：由正弦交流电的最大值与有效值 U 的关系得：Um=120V2设 t=0 时交流电的瞬时电压 U=0 则交流电的瞬时表达式为U=120sin100t V2如图所示，画出一个周期
7、内交流电的 U-t 图象，其中阴影部分对应的时间 t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为 4t1，当 U=U0=60V 时，由上式得 t1=1/600s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：2博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）t=T-4t1=s751再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t=s24007515013600很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有 1/300s（如图 t2时刻到t3时刻）由于人的眼睛具有视觉
8、暂留现象，而这个视觉暂留时间约 1/16s 为远大于 1/300s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。2、最大值、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线） 。电容器NBSEm接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例 2】把一电容器 C 接在 220V 的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器 C的耐压值是多少？解析：不低于 200V，不少学生往把电容器与灯泡类比，额定电压 220 V 的灯泡接2在 220 V 的交流电源上正常发光.从而错误的认为电容器的耐压值也
9、只要不低于 220V 即可，事实上，电容器接在交流电路中一直不断地进行充、放电过程.电容器两极间电压最大可达200V，故电容器 C 的耐压值应不低于 200V.223、平均值、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值可用法拉第电磁感应定律来求，特殊地，当线圈从中性面转过 90 度的过程中，NE t有.计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。mEE2221EEE【例 3】如图所示，求线圈由图示位置转过 60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量.解析：在计算电量问题中，一定要用电流、电压平均值而NE tBSBS2360sin12又， REI tIqNq
10、R RNBS 234、有效值、有效值：博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：，mEU21mII21对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.用电器上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定
11、保险丝的熔断电流时，只能用有效值。【例 4】如图所示，两平行导轨与水平面间的倾角为，电阻不计，间距 37L0.3m，长度足够长，导轨处于磁感应强度 B1T，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.导轨两端各接一个阻值为 R02 电阻，另一横跨在导轨间的金属棒质量 m1kg，电阻 r1 棒与导轨间的滑动摩擦因数 0.5，当金属棒以平行于导轨的向上初速度010m/s 上滑，直至上升到最高点过程中，通过上端电阻电量0.1C（g 取 10m/s2） ，求上端电阻 R0产生的焦耳热？q解析：设棒沿斜面能上升的最大距离为 s，磁感应强度 B 垂直斜面向上，则等效电路和导体棒受力分析分别如图（1） 、 （2）所
12、示.由图可知，在棒上升过程中，通过棒某一截面的电量应为 2.由得qtqI2rRE20)2(20rR tqE而 s=mtBLs tq2)(0 BLrRq设电路各电阻消耗的总焦耳热为总QR总QQtRItRItrRI6623)2()2(02 002 002总0从金属棒开始运动到最高点过程，利用能量守恒关系有mgcossmgsins总Q2 021mv（1）（2）博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）R5JQ061总Q此题中，求电阻产生的焦耳热应该用电流的有效值计算，由于无法求，因QII有此
13、只能通过能量关系求得.Q三、感抗和容抗三、感抗和容抗（统称电抗）1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流” 、 “通低频，阻高频” 。2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流” 、 “通高频，阻低频” 。【例 5】 左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么 C1、C2中哪个该用大电容？哪个该用小电容？解：电容的作用是“通交流，隔直流” 、 “通高频，阻低频” ，由其表达式 XC=1/2fC可看出：左图中的 C1必须用
14、电容小些的，才能使高频交流顺利通过，而低频不易通过，这种电容器叫高频旁路电容器。右图中的 C2一般用电容大的，使低频交流电很容易通过，只有直流成分从电阻上通过，这种电容器叫隔直电容器。【例 6】 电学元件的正确使用，对电路安全工作起着重要作用。某电解电容器上标有“25V ，450F”字样，下列说法中正确的是 A.此电容器在交流、直流电路 25V 的电压时都能正常工作B.此电容器只有在不超过 25V 的直流电压下才能正常工作C.当工作电压是直流 25V 时，电容才是 450FD.若此电容器在交流电压下工作，交流电压的最大值不能超过 25V解：电解电容器的极性是固定的，因此只能在直流电压下工作。选
15、 B四、综合例析四、综合例析【例 7】交流发电机的转子由 BS 的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过 30时交流电压的瞬时值为V。解：电压表的示数为交流电压有效值，由此可知最大值为 Um=U=20V。而转过230时刻的瞬时值为 u=Umcos30=17.3V。C1C2博明教育寮步校区博明教育寮步校区 电话：电话：33326777 地址：东莞市寮步镇金兴路地址：东莞市寮步镇金兴路 13 号（健泰电器旁）号（健泰电器旁）【例 8】 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值 I。解：该交流周期为 T=0.3s，前 t1=0.2s 为恒定电流I1=3A，后 t2=0.1s 为恒定电流 I2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有：I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 带入数据计算得：I=3A 2【例 9】 交流发电机转子有 n 匝线圈，每匝线圈所围面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为 B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为 r，外电路电阻为 R。当线圈由图中实线位置匀速转动 90到达虚线位置过程中，求：通过 R 的电荷量 q 为多少？R 上产生电热 QR为多少？外力做的功 W为多少？解：由电流的定义，计算电荷量应该用平均值：即，这里电流和电动
