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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,