《交变电流是怎样产生的》课件 鲁科版选修3-2

e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt
Em=NBSω叫电动势的最大值 Im=Em/R 叫电流的最大值 Um=ImR 叫电压的最大值
例题:一矩形线圈，面积为s，匝数为N，在场强为B的匀强磁 场中绕着中轴oo’做匀速转动，角速度为ω，磁场方向与转轴垂直， 当线圈转到中性面开始计时，求：（1）线圈中感应电动势的最 大值？（2）线圈中感应电动势随时间变化的表达式？（3）若线 圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？（4）线圈中 的电流瞬时表达式？
二、交变电流的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生原理
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
• 实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右 摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次． 1．交变电流：大小和方向都随时间作周期变化的 电流，叫做交变电流，简称交流 ． 2．闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀 速转动时，产生交变电流，但这不是产生交流的 唯一方式．（如:旋转磁极式发电机）
二、交变电流的产生原理
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动
为了能更方便地说明问题，我们将立体图转 化为平面图来分析.
b a d
c
(甲 )
没有边切割磁感应线
特点: B⊥S， Φ最大，
E=0 , I=0 中性面
c d b a
(乙 )
a（b）、d（c）边垂直 切割磁感应线，
特点:B∥S，φ=0，E最大，I最 大，感应电流方向d-c-b-a-d
l2 解： (1)对于单匝线圈eab ecd Blv sin t Bl1 sin t 2 e 2eab Bl1l2 sin t Bs sin t 感应电动式的最大值 m NBs
(2)根据闭合电路的欧姆定律 NBS NBS i sin t , I m R R R
(正弦交变电流的图象)
b
a L
c
d
d
K A
c
b d L
c
a
b
b
b
c
d
a
k
A
k
c K L B A d L
a
L
B
B
a
A
k B
A
B
e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π
t
ωt
o
π/2
π
小结：
1、交流发电机有两种，即 旋转磁极式 和旋转电枢式 其 中转动的部分叫 转子 ，不动的部分叫 定子 。 2、正弦交变电流的变化规律： （1）方向变化规律--当线圈平面垂直于磁感线时，线 圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的 位置叫做 中性面 ．线圈平面每经过中性面一次，感应 电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方 向改变 两次 ． （2）大小变化规律--按正弦规律变化：
（1）电动势按正弦规律变化
e Em sin t
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面 时开始计时． （2）电流按正弦规律变化
i I m sin t
（3）电路上的电压按正弦规律变化 u 电流
U m sin t
i I m sin t 通过R时：
u iR，U m I m R.
当线圈为N匝时 Ne NBs sin t

练习:
1.对于正弦交流电，下列说法正确的是（ ） A.线圈转动一周，电流大小改变两次 B.线圈转动一周，电流大小不变 C.线圈转动一周，电流大小随时改变 D.线圈转动一周，电流大小改变四次 2.手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪 的呢？ （1）灯泡发光需要一定的电压，当U定>Um时，就能使灯 泡发光。 （2）如图，当T1<t<T2时间内，小灯泡亮了，当T2<t<T3时 间内，小灯泡变暗了，在T3<t<T4时间内小灯泡又亮了。 （3）小灯泡在线圈转动一轴的过程中，闪亮两次。 这充分证明：交变电流的强度是随时间做周期变化。
3.2 交变电流是怎样产生的
一、交流发电机
（基本组成）
• 用来产生磁场的磁极 • 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）
交流发电机模型的原理简图
滑环和电刷
（基本种类）
• 旋转电枢式发电机(图a) • 旋转磁极式发电机(图b) (无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部 分叫定子。) • 区别：前者，感应电动势不能很高； 后者，能克服上述缺点，提供很高的电压。
场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示， ab 和 cd 边 垂直于纸面，转轴为O．
回答问题：
1、线圈转动一周，电流方向改变多 少次？
2、线圈转到什么位置时磁通量最大？ 这时感应电动势是最大还是最小？
3、线圈转到什么位置时磁通量最小？ 这时感应电动势是最大还是最小？
4、试推导感应电动势大小的变化规 律公式。
(数学表达式)
以线圈经过中性面开始计时，在时刻 t 线圈中的 感应电动势（ab和cd边切割磁感线 ）
v L / 2
当ωt=π/2时
e 2NBLv sin t
所以
2
=NB ωS
Em NBL
e NBL sin t
2
则有
e Em sin t
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）.
c d a
b
没有边切割磁感应线
(丙 )
特点:B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 中性面
b a c d
(丁 )
a（b）、d（c）边垂直 切割磁感应线，
特点:B∥S，φ=0，E最大，I最 大，感应电流方向a-b-c-d-a
b a d
c
(戊 )
开始新的周期
• 设正方形线圈的边长为 L，在匀强磁场 B中绕垂直于磁
1 ．中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做 中性面． （ 1 ）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通 量最大，但磁通量的变化率为零（ ab 和 cd 边 都不切割磁感线），线圈中的电动势为零． （ 2 ）线圈经过中性面时，电流将改变方向， 线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改 变两次．
三．交变电流的变化规律