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1、第2节 交变电流是怎样产生的,1了解交流发电机的结构特点和工作原理 2掌握交流电产生的机理 3知道交变电流的变化规律及表示方法,线圈(电枢),磁极,垂直,电流,中性面,最大,零,零,改变,Umsint,Imsint,最大值,2交流电的图象(如图322所示) 温馨提示 方向随时间变化是交流电最主要的特征，也是交流电与直流电的根本区别，交流电的典型特征就是电流方向变化，其大小可能不变，如矩形交流电的方向变化，但大小不变，也是交流电.,一、交变电流的产生 1交流发电机的示意图 如图323所示，当磁场中的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生改变，产生交变电流,图323,2过程分析 如图324所示为
2、线圈abcd在磁场中绕轴OO转动时的截面图，ab和cd两个边切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流)具体分析如下图所示，当线圈转动到图位置时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；当线圈转动到图位置时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从a端流入；线圈在图位置同线圈在图位置；线圈在图位置时，电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变；线圈在图位置同在图位置线圈这样转动下去，就在线圈中产生了交变电流,3中性面：线圈平面垂直于磁感线时所在的平面 在中性面，电流为零，电流的方向改变，对中性面位置及与中性面垂直的位置的认识,特别提醒 线圈匀速转动时，线速
3、度不变，但切割磁感线的有效速度时刻在变化，且按正弦规律变化，这正是产生正弦式交变电流的根源,二、交变电流的变化规律 1自中性面计时 正弦式交变电流的瞬时值表达式 (1)感应电动势：eEmsin t， 其中Em为电动势的峰值 (2)感应电流：iImsin t 其中，Im为电流的峰值 (3)通过电阻的电压：uUm sin t 其中UmImR,2感应电动势峰值EmnBS的应用范围 对转轴的要求：在线圈所在平面内且与磁场垂直，当线圈平面与磁场平行时，线圈中的感应电动势达到峰值，且满足EmnBS ，交变电动势峰值由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与轴的位置无关，如
4、图325所示的几种情况中，如果n、B、S均相同，则感应电动势的峰值均为EmnBS.,3如何理解正弦交变电流的图象 正弦交变电流的图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图326所示,特别提醒 若以中性面为计时起点，则eEmsin t；若以与中性面垂直的位置为计时起点，则eEmcos t.交变电流的表达式无论是正弦表达式还是余弦表达式，我们都称之为正弦式交变电流.,思路点拨 首先判断t0时，线圈所在位置与中性面的关系，再判断其电流的变化情况 答案 AD 借题发挥 当线圈处于中性面位置时，磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；当线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零，但磁
5、通量的变化率最大，感应电动势最大,【变式1】 线框在匀强磁场中绕OO轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图328所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是( ) A磁通量和感应电动势都在变大 B磁通量和感应电动势都在变小 C磁通量在变小，感应电动势在变大 D磁通量在变大，感应电动势在变小 解析 由题图可知，mcos ，eEmsin ，所以磁通量变大，感应电动势变小 答案 D,答案 (1)314sin 100t V (2)200 V (3)157 V,借题发挥 求解交变电流瞬时值时可分三步： (1)确立线圈从哪个位置开始计时，进而确立表达式是正弦还是余弦形式； (2)确定线圈转动的
6、角速度及线圈匝数n、磁感应强度B、线圈面积S等； (3)识记EmnBS，解题中可直接代入，不必推导 (4)按表达式eEmsin t或eEmcos t代入Em及的具体数值,借题发挥 (1)通过图象直接获得的信息：峰值和周期，及任意时刻的电动势瞬时值； (2)明确图象与线圈的转动的对应关系,答案 BC,交变电流的产生 1矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间，下列说法正确的是( ) A线圈平面与磁感线平行 B通过线圈的磁通量最大 C线圈中的感应电动势最大 D线圈中感应电动势的方向改变 解析 由中性面的定义知，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，故A错误，B正确；导线运动的方向与磁感线
7、平行，感应电动势为零，在中性面前后，感应电动势的方向改变，故C项错误，D项正确 答案 BD,2交流发电机在工作时电动势为eEmsin t，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则电动势为( ) 解析 发电机电动势瞬时值表达式为eEmsin t，而EmnBS，当角速度加倍而面积减半时，Em不变，故正确答案是C. 答案 C,交变电流的规律 3.有一10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图3213所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T问： (1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？ (2)线框从图示位置转过60时，感应电动势的瞬时值是多大？,交变电流的图象 5.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势et图象如图3214所示，则( ) At1、t3时刻线圈通过中性面 Bt2、t4时刻线圈中磁通量最大 Ct1、t3时刻线圈中磁通量变化率最大 Dt2、t4时刻线圈平面与中性面垂直,解析 t1、t3时刻，电动势为零，线圈处在中性面位置，此时磁通量最大，磁通量变化率最小，A对C错，t2、t4时刻，电动势最大，线圈平面与中性面垂直，磁通量为零，B错，D对 答案 AD,单击此处进入 活页规范训练,
