交變電流的產生和變化規(guī)律完美版

1、教學內容：交變電流的產生和變化規(guī)律【課前復習】會做了，學習新課才能有保障1 方向不隨時間而改變的電流叫做 ，方向和強弱都不隨時間而改變的電流叫做，方向隨時間而改變的電流叫做 2 閉合電路的一部分導體切割磁感線時，電路中會產生 3 示波器是一種常用的電子儀器，是用來直接觀察 情況的.4 數(shù)學上正弦函數(shù)的表達式為 5.部分電路的歐姆定律的表達式為 答案：1 .直流，恒定電流，交變電流2 .感應電流3 電信號隨時間變化4 x= Asin 0先看書，再來做一做都隨時間做化的交流電叫正弦交變電流2 矩形線圈在勻強磁場中， 繞 流一變化的電流叫交變電流，其中按 變的軸勻速轉動時，線圈中就產生了交變電3 正

2、弦式電流瞬時值的表達式，電流:4 交流發(fā)電機的基本組成部分是; 電壓：;電動勢：和交流發(fā)電機分為 和【學習目標】1 理解交變電流的產生原理，掌握交變電流的變化規(guī)律2 知道正弦式電流的圖象.3 知道交流發(fā)電機的構造和分類【基礎知識精講】課文全解一、交變電流1 定義：大小和方向隨時間作周期性變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流說明：方向隨時間周期性變化是交變電流的最重要的特征.如圖17 1 1中A、B、C均為交變電流，而 D就不是交變電流，因為 D中電流方向不隨時間改變ABD圖 17- 1 12 正弦式電流（1）定義：隨時間按正弦規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流.說明：在我國工農業(yè)生產及生活中使用的交變

3、電流都是正弦式電流，但并非只有按正 弦規(guī)律變化的電流才叫交變電流.正弦式交變電流的圖象是正弦曲線，如圖17 1 2 （b）所示.（2）正弦式電流產生：當線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸做勻速轉動時，線圈 中就產生正弦式電流.（3） 正弦式電流的規(guī)律： 如圖17 1 2（a）所示，假定線圈從跟磁感線垂直的平面（也叫中性面）開始轉動，則產生的交變電流的瞬時值表達式為i= "sin 3 t;電動勢瞬時值的表達式為e= Emsin 3 t;電壓瞬時值表達式為 u= Umsin 3 t.dr-HC lrb ei>-&(a)(b)圖 17 1 2說明：交變電流隨時間而變化，不同

4、時刻對應的值，叫交變電流的瞬時值. 瞬時值是時間的函數(shù)，不同時刻瞬時值不同. 最大值（也叫峰值）：交變電流所能達到的最大數(shù)值稱為最大值.如上面瞬時值表達式中的Im Em Un就是相應物理量的最大值.交變電流電動勢的最大值Em= NBS3，其中N為線圈匝數(shù)，B為磁感應強度，S為線圈面積，3為線圈轉動的角速度. Em大小由匝數(shù) N磁感應 強度B、角速度3、線圈面積S決定，而與線圈的形狀和轉軸的位置無關.二、*中性面1.定義：與磁感線垂直的平面叫做中性面.2 .中性面特點：（1）穿過線圈的磁通量 最大；（2）磁通量的變化率（-=0）最?。灰瞭（3）電動勢e及電流I均為零；（4）線圈經此位置電流方向發(fā)

5、生改變.說明：除中性面之外，在交流電產生過程中還有一個特殊位置，那就是與磁感線平行的平面（或叫與中性面垂直的平面）.該平面的特點：（1）穿過線圈的磁通量最?。?=0）; （2）磁通量的變化率（）最大；（3）電動勢為最大值（Em）,電流為最大值（Im）； （4）線圈經過此位置，電流方向不發(fā)生變化；（5）當線圈轉到與該位置重合時開始計時，則交流電瞬時值的表達式皆為余弦規(guī)律，如電動勢瞬時值e= Emcos 3 t，電流瞬時值i = I mcos 3 t.三、交流發(fā)電機1.構成：交流發(fā)電機的基本組成部分是產生感應電動勢的線圈（通常叫電樞）和產生磁 場的磁極.2 .分類：按轉動部分不同，交流發(fā)電機分為旋

6、轉磁極式發(fā)電機和旋轉電樞式發(fā)電機.旋轉磁極式發(fā)電機能夠產生幾千伏到幾萬伏的電壓，輸出功率可達幾百兆瓦，大多數(shù)發(fā)電機都 是該類型.旋轉電樞式發(fā)電機產生的電壓一般不超過500 V .3 .能量轉化：發(fā)電機的轉子由動力機（如水輪機、蒸汽輪機等）帶動，把機械能傳遞給 發(fā)電機，發(fā)電機將得到的機械能轉化為電能輸送給外電路.問題全解問題1: e= NBSo sin w t的由來矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的對稱軸做勻速轉動時，線圈中產生隨時間按正弦 規(guī)律變化的感應電動勢.w旋轉.令線圈 abcd的邊長Lab = Ld,ad、bc邊切割磁感線產生感應電動勢，其大小相同，且對線圈中 用e表示線圈轉動中產生的

7、感應電動勢，則如圖17- 1 3所示，線圈從中性面開始以角速度 Lad= Lbc= L.在轉動過程中， 電流而言，兩電動勢相當于串聯(lián).e = 2BLvivi= vsin 00 = w to 1 ,V = w R= w Lab21由式得e= 2BL -w Lab sin w t = BSw sin w t2中性面若線圈為N匝 e= NBSw sin w t其中S為線圈的面積，NBSo為交變電動勢的峰值 Em, w t為線圈和中性面夾角.一一心問題2：區(qū)分交流電產生過程中的 Em ()m和m.AtEm為電動勢的最大值， Em= NBSj = Nmw .m為穿過線圈的最大磁通量，當線圈平面轉 到與中

8、性面重合時，磁通量達最大，此時m= BS；當線圈平面轉到與磁感線平行時，磁通量為零.為磁通量的變化率，在線圈繞垂直于磁感線的軸轉一周的過程中，當線圈平面與中性面重合時,二Em (-)也tA=0, = 0,也t."：t 二 m和m之間的關系：當=0時，e= Em,At厶=0;當線圈平面與磁感線重合時,t. "：t二)m；當=©m時，etm即通過線圈的磁通量與產生的感應電動勢的大小關系恰好相反，可巧記為:與e此消彼長，一個最大時，另一個為零；e與二的關系，由法拉第電磁感應定律可知,二者變化規(guī)律同步，即總是同時達到最大或零.【學習方法指導】例1如圖17 1 5所示，單匝

9、線圈在勻強磁場中繞 0O軸從圖示位置開始勻速轉動，已知從圖示位置轉動 1時，線圈中感應電動勢大小為10 V，求:6圖 17- 1 52(1)交變電動勢的峰值;(2)線圈從圖示位置轉動'的過程中，交變電動勢的平均值.2解題方法：程序法交變電流瞬時表達式問題的破解程序：(1)觀察線圈的轉動軸是否與磁感線垂直；(2 )在垂直的情況下，根據開始計時時線圈所處的位置確定交流電變化規(guī)律為正弦或余 弦函數(shù)從中性面開始計時，電動勢是按正弦規(guī)律變化；從線圈轉到與磁感線平行時開始計 時，電動勢是按余弦規(guī)律變化；(3)計算電動勢最大值和角速度 w，寫出電動勢的瞬時表達式.注：電動勢的最大值 Em= NBSo

10、 = N mW = NB 止2W = NB縣=2n NBS= 2 n NBS=2n Nnm (N為線圈匝數(shù)，n為轉速).平均電動勢的計算程序：(1)確定計算的是哪段時間內的平均電動勢;T(2)找到所研究也時間段 t內線圈磁通量的變化量=|211 ; (3)利用法拉第電磁感應定律E= Ne= Eflsin w t計算平均電動勢值.解析：(1)圖示位置為中性面，從圖示位置開始計時，交變電動勢的瞬值為Vnn將 w t = , e= 10 V 代入上式，有 10= Emsin ，解得 Em= 20 V66n(2)線圈從圖示位置轉過的過程中，磁通量的變化量為=BS經歷的時間 t = 廠，所以此過程中交變

11、電動勢的平均值e =三=2B S =Z 日=2 x 20 = 12. 7 VAt兀兀兀點評：在計算正弦式交變電動勢的峰值時一般使用En= NBS);計算某段時間內交變電動勢的平均值則應用 e= n二爭，切勿亂套公式使用 Im來計算平均值.加2例2有一個氖氣燈泡，當電壓高于50 V時就會發(fā)光，給這個氖氣燈泡加上e= 100sin314 t V的交流電，求它連續(xù)發(fā)光的時間.解題方法：公式法解析：氖氣燈泡上加的是交變電流，電壓的大小和方向都隨時間作周期性的變化，電壓 大小變化范圍為0100 V.當所加電壓的絕對值大于等于50 V時氖氣燈泡就會發(fā)光，當所加電壓的絕對值小于 50 V時氖氣燈泡就熄滅，因

12、此只要求出該交變電流的電壓開始達到和開始 低于50 V的時刻，就可求出電壓大于等于50 V的一段時間，即氖氣燈泡連續(xù)發(fā)光的時間.當加在氖氣燈泡上的電壓為50 V時，50= 100 sin314 t可得：sin314 t = 0. 5由圖17- 1 6可知當314t1=二時，電壓達到50 V，氖氣燈泡開始發(fā)光，可解得：612t 1 = X 10 s655當314t2='時，電壓開始低于 50 V，氖氣燈泡開始熄滅，可解得：t2= X 10 2 s665 12氖氣燈泡連續(xù)發(fā)光時間為t = t2 t1=( )X 10 2 s = X 10 2 s6 63點評：解本題的關鍵之處是知道50 V為瞬時值，而不是平均值，知道無論哪一時刻和不論燈泡兩端哪端電壓高，只要電壓瞬時值大于50 V，燈泡就會發(fā)光.不論何時，都要盡可能讓思考與反省預見到突發(fā)的激情，這于審慎者可輕而易舉做到。心煩意亂之時，首先要做的就是意識到這一點。先控制住自己的情緒，下決心不再使之加劇。有了這種高明 的防范，就能很快終止怒氣。要懂得制怒之法，且止息于當止之時：奔跑時停下來最難；狂怒時保持頭腦清醒也一樣難。過分激動，不論程度高低，都會影響理智。一旦對發(fā)怒有了這種警醒，就 不會使你因怒氣而失控，也不會使你損害良好的辨別力。謹慎地