交变电流的产生和变化规律

一、交变电流的产生
按下图所示进行实验演示
实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右 实验现象：缓慢转动线圈时， 摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次． 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，产生交流，但 这不是产生交流的惟一方式．
t
ωt
o
π/2
π
• 交流电的图像
N匝线圈的连接方式实质上是串联。 匝线圈的连接方式实质上是串联。 匝线圈的连接方式实质上是串联 ①e=NBSωsinωt，Em＝NBSω ， ②根据欧姆定律Im＝Em/Rn＝BSω/R 根据欧姆定律
问题探究
☆问题1：矩形线圈的面积为S，匝数为N，匀强磁场的 问题1 矩形线圈的面积为S 匝数为N
四、课堂总结： 课堂总结：
1.交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 交变电流 直流电流： 直流电流： 方向不随时间做周期性改变的电流 2.交变电流的变化规律： 交变电流的变化规律： 交变电流的变化规律 方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感应电 线圈平面每经过中性面一次， 方向变化规律 线圈平面每经过中性面一次 流的方向就改变一次； 流的方向就改变一次；线圈转动一 感应电流的方向改变两次。 周，感应电流的方向改变两次。
(甲)
E
=0
,I
=0
,Φ 有最大值 .
(乙)
E
有最大值
I
有最大值
，电流方向： a —>b .
(丙)
E =0
,
I =0 , Φ 有最大值
(丁) E 有最大值 I有最大值 ，电流方向：b—>a
.
, I =0 E =0 (甲) Φ 有最大值 .
,
E有最大值 I 有最大值 ， (乙) 电流方向： a —>b .
如有N匝线圈，则
大小变化规律-------按正弦规律变化： 按正弦规律变化： 大小变化规律 按正弦规律变化 e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt
Em = NBsω
Em=BSω叫电动势的最大值 叫电动势的最大值 Im=Em/R叫电流的最大值 叫电流的最大值 Um=ImR叫电压的最大值
e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值．
～
e = Bsωsinωt e = Em sinωt
设整个电路的电阻为R 则： 设整个电路的电阻为R
Er S R
在只含有电阻的电路中， 在只含有电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆 定律也适用于交变电流电路。其等效电路图如上。 定律也适用于交变电流电路。其等效电路图如上。
i = Im sin ωt
u = Um sinωt
正弦式交流电流：电路中的电流、电压按正 正弦式交流电流：电路中的电流、 弦规律变化的电流 。
正弦交变电流的图象
c
dbΒιβλιοθήκη cddK A
c
b d L
c
a
b a
b a
b
a L
k B
A
k
c K L B A d L
L
B
a
A
k B
A
B
e
Em
T/4 2T/4 3T/4 3π/2 T 2π
2．变化规律 以线圈经过中性面开始计时，在时刻t 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 的感应电动势（ab和cd边切割磁感线 ）
L2 e = 2B 1 ωsin ωt L 2
所以 令
e = Bω sin ω S t
则有
Em = BωS
e = Em sin ω t
E =0 , I (丙)Φ 有最大值
=0 .
,
， (丁) E 有最大值 I 有最大值 电流方向： b—>a .
二、交变电流的变化规律
1.中性面 1.中性面 （1）线圈平面与磁感线垂直的位置叫中性 ） 面。 （2）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量 线圈经过中性面时， 最大，但磁通量的变化率为零（ 和 边都 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。 ），线圈中的电动势为零 不切割磁感线），线圈中的电动势为零。 （3）线圈平面每经过中性面一次，感应电 线圈平面每经过中性面一次， 流的方向就改变一次；线圈转动一周， 流的方向就改变一次；线圈转动一周，感应 电流的方向改变两次。 电流的方向改变两次。
（3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最
大值、平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
答案（1）e=311Sin100πt 答案 （2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A） （3）E m=311V E=N∆φ/∆t=2NBSω/π≈198V （4）∆φ/∆t=311/N（Wb/s）
答案： D
3. 交流发电机工作时的电动势的变化规律为 e=EmSinωt，如果线圈的频率f提高一倍，其它条件不 变，则电动 势的变化规律将变化为( )： A。e=EmSin2ωt C. e=2EmSin4ωt B. e=2EmSin2ωt D. e=2EmSinωt
答案: 答案 B
4、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势 的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度 100πrad/s。(设线圈为N匝） （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电 路的 总电阻为100 ，试写出通过负载的电流强度的瞬 时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？
2.交变电流规律的推导 交变电流规律的推导
从中性面开始，线圈以角速度ω ad，bc的 从中性面开始，线圈以角速度ω，以ad，bc的 中点连线为轴逆时针旋转 思考： 时间线圈与中性面的夹角为多少？ 思考：经t时间线圈与中性面的夹角为多少？ ab和cd金属棒切割磁感线产生的电动势各为多大？ ab和cd金属棒切割磁感线产生的电动势各为多大？ 金属棒切割磁感线产生的电动势各为多大 两金属棒作为等效电源是串联还是并联的？ 两金属棒作为等效电源是串联还是并联的？
谢谢 愿你学业进步！！
浔州高中 农富诗
法拉第电磁感应定律告诉我们：穿过闭合 电路的磁通量发生变化时，会产生感应电 流，而磁通量变化的方式不同，产生的感 应电流也不同，感应电流可以是恒定的， 可以是变化的，可以是周期性变化的，本 节我们将研究一种十分重要的周期性变化 的电流——正弦交变电流．
电流的分类
1： 直流电流： 方向不随时间做周期性改变的 ： 直流电流： 电流 大小方向都不随时间改变的恒定电流， 大小方向都不随时间改变的恒定电流，是直流 恒定电流 电的 一种 2：交变电流: 大小和方向都随时间做周期性 ：交变电流 变化的电流(简称交流 简称交流) 变化的电流 简称交流)
甲：家庭电路中 的正弦交变电流
乙：示波器中的 锯齿波扫描电压
丙 ： 电子计算机 中的矩形脉冲
丁 ： 激光通信 中的尖脉冲
用示波器研究交变电流的变化
三、课堂练习
1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交 变电流的是 A B D ，属于正弦交变电流的是 A 。
i t
A
B
C
D
2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平 面内的固定轴转动， 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， 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。
磁感应强度为B 绕中轴以ω角速度匀速转动。 磁感应强度为B，绕中轴以ω角速度匀速转动。 从线圈转到中性面开始计时， ①从线圈转到中性面开始计时，感应电动势的瞬时 值表达式。 值表达式。 若每匝线圈的电阻为R ②若每匝线圈的电阻为R，则线圈中的感应电流的最 大值是多少？ 大值是多少？
4.交变电流的种类 4.交变电流的种类