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1、第五章交变电流第五章交变电流 一、交变电流一、交变电流1 1、交变电流、交变电流：大小和方向都随时间做周期性大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流变化的电流叫做交变电流,简简称交流称交流(AC)。2 2、直流电：、直流电：方向不随时间变化的电流叫方向不随时间变化的电流叫做直流电做直流电,简称直流（简称直流（DC）。）。交变电流可以转变成直流，实验室交变电流可以转变成直流，实验室学生电源就有这种功能。学生电源就有这种功能。 二、交变电流的产生二、交变电流的产生（交流发电机）（交流发电机）1 1、发电机的基本构造、发电机的基本构造线圈：线圈：转轴垂直于磁场方向转轴垂直于磁场方向磁极：磁极
2、：磁极间形成匀强磁极间形成匀强磁场磁场为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？时线圈里能产生交变电流？ 交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：交变电流的产生交变电流的产生ABCDABCD线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）K K、LL圆环圆环圆环圆环E E 、 FF电刷电刷电刷电刷使线圈在转动时保使线圈在转动时保使线圈在转动时保使线圈在转动时保持与外电路的连接持与外电路的连接持与外电路的连接持与外电路的连接1 1、在线圈由甲转到乙的过程中，、在线圈由甲转到乙的过程中
3、，、在线圈由甲转到乙的过程中，、在线圈由甲转到乙的过程中，ABAB边中电流向哪边中电流向哪边中电流向哪边中电流向哪 个方向流动？个方向流动？个方向流动？个方向流动？由由由由BABAA(B)D(C)A(B)D(C)2 2、在线圈由丙转到丁的过程中，、在线圈由丙转到丁的过程中，、在线圈由丙转到丁的过程中，、在线圈由丙转到丁的过程中，ABAB边中电流向哪边中电流向哪边中电流向哪边中电流向哪 个方向流动？个方向流动？个方向流动？个方向流动？由由由由ABABD(C)A(B)BD(C)A(B)B3 3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么、当线圈转到什
4、么位置时线圈中没有电流？转到什么、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流？转到什么 位置时线圈中电流最大？位置时线圈中电流最大？位置时线圈中电流最大？位置时线圈中电流最大？ 线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；转到乙、丁位置时线圈中电流最大！转到乙、丁位置时线圈中电流最大！转到乙、丁位置时线圈中电流最大！转到乙、丁位置时线圈中电流最大！A(B)D(C)A(B)D(C)D(C)A(B)BD(C)A(B)B在线圈的转动过程中，穿过线圈的磁通量、线在线圈的转动过程中，穿过线圈的磁通量、线圈中的感应
5、电动势、感应电流有什么特点？圈中的感应电动势、感应电流有什么特点？线圈经过甲、线圈经过甲、丙位置时，电丙位置时，电流方向发生改流方向发生改变。变。线圈经过中性面时，感应电动势为零，线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流为零。感应电流为零。线圈每经过中性面一次，交流电方向改线圈每经过中性面一次，交流电方向改变变一次一次，线圈每转动，线圈每转动一周一周（交流电的一个（交流电的一个周期）周期） ，两次两次经过中性面，交流电的方向经过中性面，交流电的方向改变改变两次两次。中性面中性面A(B)D(C)与磁感线垂直的平面与磁感线垂直的平面 设线圈平面从中性面开始转动，设线圈平面从中性面开始转动，角速度
6、是角速度是经过时间经过时间t t，ABAB、CDCD宽宽L L1 1，ADAD、BCBC长长L L2 2 ，磁感应强度是磁感应强度是B.B.BvA(B)D(C)t=0v11v中性面中性面线圈与中性面的夹角是多少？线圈与中性面的夹角是多少？AB边的速度多大？边的速度多大？AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？边速度方向与磁场方向夹角是多大？AB边中的感应电动势多大？边中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？三交变电流的变化规律三交变电流的变化规律 以以线线圈圈经经过过中中性性面面开开始始计计时时，在在时时刻刻t t线线圈圈中中的的感应电动势（感应电动势（ABAB和和CD
7、CD边切割磁感线边切割磁感线 ）所以令则有 e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）=NBSNBS若为若为N N匝线圈匝线圈1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化生的交变电流按照正弦函数的规律变化正弦式交流电正弦式交流电正弦式交流电的产生的描述正弦式交流电的产生的描述2、Em匀速转动过程中能产生电动势的最大值匀速转动过程中能产生电动势的最大值峰值，峰值， 为线圈转动的角速度为线圈转动的角速度3、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立、此表达形式仅在从中性面开始计时的
8、情况下成立e为瞬时值为瞬时值4、若该线圈给外电阻、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧，由闭合电路欧姆定律姆定律R两端的电压为两端的电压为eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt t交流电的图像交流电的图像 四、交变电流的种类四、交变电流的种类(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲交流发电机交流发电机发电机的基本组成发电机的基本组成?发电机的基本种
9、类发电机的基本种类?交流发电机简介（1）发电机的基本组成：）发电机的基本组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类）发电机的基本种类旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部分叫不动的部分叫定子定子1 1、交变电流交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。3 3、交变电流的变化规律：、交变电流的
10、变化规律：（1 1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次一次，感应电流的，感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电，感应电流的方向改变流的方向改变两次两次。 （2 2）大小变化规律）大小变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：变化： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最大值 小结小结2、产生产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速 转动转动Em
11、- Em（1 1）线圈与磁感线垂直时）线圈与磁感线垂直时感应电动势感应电动势_, ,磁通量磁通量_。是电流方向是电流方向_的位置。的位置。（2 2）当线圈与磁感线平行时：）当线圈与磁感线平行时：感应电动势感应电动势_，磁通量，磁通量_。（3 3）线圈连续匀速转动的过程中：）线圈连续匀速转动的过程中：电流的大小和方向都做电流的大小和方向都做_变化。变化。0et最小最小最大最大最大最大最小最小发生变化发生变化周期性周期性下列表示交变电流的有（下列表示交变电流的有（ ）例例1iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teuCE2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平一矩形线圈绕垂直于匀
12、强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是( )：A.T1时刻通过线圈的磁通量为零；B.T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C.T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。 答案： D练习 一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为E Em
13、m=400V=400V，线圈匀速转动的角速度为，线圈匀速转动的角速度为，线圈匀速转动的角速度为，线圈匀速转动的角速度为=314rad/s=314rad/s，试写出电动，试写出电动，试写出电动，试写出电动势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为电阻为电阻为电阻为20002000，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。达式。达式。达式。e=Ee=Emmsinsin t=400sin314tt=400sin314t解：解：解：解：电动势瞬时值的表达式为：电动势瞬时值的表达式为：电动势瞬时值的表达式为：电动势瞬时值的表达式为：电流峰值为：电流峰值为：电流峰值为：电流峰值为：I Imm=E=Emm/R=400V /R=400V / / 2000 2000 =0.2A=0.2A电流瞬时值的表达式为：电流瞬时值的表达式为：电流瞬时值的表达式为：电流瞬时值的表达式为：i=i=I Immsinsin t=2sin314tt=2sin314t
