交变电流的产生和描述ppt课件

(1)线圈位于与中性面垂直的位置时，磁通量为零．但磁通量的变化率 最大． (2)线圈从中性面开始计时，函数表达式e＝Emsin ωt，从垂直中性面 开始计时，函数表 达式e＝Emcos ωt.
2．描述交变电流的物理量 (1)周期和频率 ①周期 T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式： T＝2ωπ. ②频率 f：交变电流在单位时间(1 s)内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)． ③周期和频率的关系 T＝1f或 f＝1T. (2)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 ①瞬时值：交变电流某一瞬时的值，是时间的函数． ②峰值：交变电流所能达到的最大值． ③有效值：让交变电流与恒定电流分别通过阻值相等的电阻，如果它们在相同的时间内 产生的热量相等，则这个恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值．
解析：方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特征，也是交流电和直流电的根本区别．交流电的方 向一定改变，而大小可以变也可以不变．所以不仅B、C图中是交流电，A图中也是．只有D图中电流方 向不变，不属于交流电．
2．(2010 年广东卷改编)如图是某种正弦式交变电压的图象，由图可确定该电压的 (D)
A．周期是 0.01 s B．最大值是 110 V
解析：根据题中图象，首先判断出感应电流的数学表达式i＝Imsin ωt.其中Im是感应电流的最大值，ω是 线圈旋转的角速度．另外应该进一步认识到线圈是从中性面开始旋转，而且线圈旋转一周，两次经过 中性面，经过中性面的位置时电流改变方向．在O、B、D时刻电流为零，所以此时线圈恰好在中性面 的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A、C时刻电流值最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁 通量为零；从A到D时刻，线圈旋转3/4周，转过的角度为3π/2；如果从O到D时刻历时0.02 s，恰好为一 个周期，所以1 s内线圈运动50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次．综合以上分析可得， 只有选项D正确．
④平均值：线圈在转动过程中从一个位置到另一位置所产生的电动势的平均值，称为该 过程的平均电动势，其数值可用 E ＝nΔΔΦt 计算．
对正弦式交变电流，其有效值和峰值之间的关系：
I＝ Im ≈0.707Im，U＝Um ≈0.707Um，E＝ Em≈0.707Em.
2
2
2
(对应学生用书第136～137页) 1．如图中不属于交变电流的是( D )
(1)只要线圈在匀强磁场中绕线圈平面内垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其 变化规律与线圈的形状、与转动轴处于线圈平面内哪个位置无关．
(2)线圈转动一周两次经过中性面，所以一个周期内电流方向改变两次．
【例1】 如图(甲)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时 针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图(乙))为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方 向为正，则图(丙)四幅图中正确的是( )
答案：D.
交变电流“四值”的理解与应用
(1)计算有效值一般取交变电流的一个周期的时间． (2)非正弦式交变电流要依据其变化规律和焦耳定律确定其有效值，正弦式交变电流才 有峰值＝ 2×有效值．
【例2】 (16分)一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中 绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R. (1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向．
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大 C．0.02 s时刻感应电动势达到最大 D．该线圈相应的感应电动势图象如图(乙)所示 解析：中性面位置应为磁通量最大，磁通量变化率为零，产生感应电动势为零，ACD错误，B正确．
(对应学生用书第137～139页)
交变电流的产生及变化规律 1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
规范解答：(1)由右手定则可判定电流的方向沿 dcbad.(图略)(2 分)
(2)Em＝NBSω＝NBωL2.(2 分)
(3)线圈平面与 B 成 60°角时的瞬时感应电动势
e＝Em·cos 60°＝1NBωL2.(2 分) 2
(4)电动势的有效值 E＝Em(1 分)
2
电流的有效值 I＝RE＋r，
柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？
(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？ (5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电荷量是多少？ (6)图中电流表和电压表的示数各是多少？
思路点拨：①用右手定则判断感应电流方向；②从垂直中性面开始应按余弦规律变化；③求通过R的 电荷量用平均值；④求电功应使用电流有效值；⑤电压表、电流表示数为有效值．
正确．
答案：D.
几种典型交变电流有效值的计算问题
1．计算交流电有效值应注意的几个问题
(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，把握住“三同”：“相同时间”内“相同
电阻”上产生“相同热量”列式求解． (2)利用两类公式 Q＝I2Rt 和 Q＝U2 t 可分别求得电流有效值和电压有效值． R
(3)若图象部分是正弦交流电，其中的1周期和1周期部分可直接应用 I＝Im/ 2，U＝
A．流过电阻的最大电流是22 A B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数约为311 V C．电阻消耗的功率为9 680 W D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是48.4 J
解析：由题中图象知 Um＝220
2 V，Im＝URm＝22
2 A，U 有效＝Um＝220 V，故 AB 2
均错误；P＝I2有效·R＝(21200)2×10 W＝4 840 W，C 错误．Q＝Pt＝4 840×1×10－2 J＝48.4 J，D
可得
E＝2×
22BLv＝
22Em，即此时的电动势为最大值的
2倍，电流当然也是最大值的 2
2 2
倍 ，由图(乙)还能观察到，线圈在接下来 45°的转动过程中，ad、bc 两边在垂直于磁场方向 上答的案切：割D速. 度越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小，综合上述三点可知 D
项正确．
针对训练11：某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图所示， 由图中信息可以判断( ) A．在A和C时刻线圈处于中性面位置 B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从A～D时刻线圈转过的角度为2π D．若从O～D时刻历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次
思路点拨：从感应电流的方向、大小及变化趋势三个方面分析确定感应电流变化的图象．
解析：由于 t＝0 时，线圈的转动方向如图(乙)，由右手定则判断可得，此时 ad 中电流 方向为由 a 到 d，线圈中电流方向为 a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负 值．又因为此时 ad、bc 两边的切割速度方向与磁场方向分别成 135°、45°夹角，由 E＝2Blv⊥，
2 A.
答案： 17 A
考点一：交变电流的“四值”理解与应用
【例 1】 (基础题)将阻值为 5 Ω 的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间 变化的规律如图所示．下列说法正确的是( )
规律 物理量 磁通量
＝BScos ωt
电动势 ＝nBSωs in ωt
电压
＝RR＋Emrsin ωt
电流 ＝RE＋mrsin ωt
函数 Φ＝Φmcos ωt
图象
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e＝Em·sin ωt u＝Um·sin ωt
i＝Im·sin ωt
2.两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ 最大，ΔΔΦt ＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改 变．
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΔΦt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改 变．
3．交变电流瞬时值表达式书写的基本思路 (1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式 Em＝nBSω 求出相应峰值． (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式． 如：①线圈从中性面位置开始转动，则 it 图象为正弦函数图象，函数式为 i＝Imsin ωt. ②线圈从垂直中性面位置开始转动，则 it 图象为余弦函数图象，函数式为 i＝Imcos ωt.
C．有效值是 55 2 V D．表达式是 u＝110 2sin 100πt(V)
解析：由题图知最大值 Um＝110 2 V，有效值 U＝Um＝110 V，周期 T＝0.02 s，ω＝2π
2
T
＝100π rad/s，表达式 u＝Umsin ωt＝110 2sin100πt (V)，D 正确．
3．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图 (甲)所示，则下列说法中正确的是( B )
2 2R＋r
电压表显示路端电压的有效值，则读数为
U＝Um＝ NBωL2R .(2 分)
2 2R＋r
答案：见规范解答
正确理解交变电流的“四值”是解题关键．求电荷量时要用平均值，由法
拉第电磁感应定律 E ＝nΔΔΦt 求得；交流电路中电表显示的是有效值；计算热量、功率、电 功一定要用有效值求解．
针对训练21：(2010年福建福州模拟)一个10 Ω的电阻，它两端的电压U随时间t的变化规律如图所示， 则( )
4
2
Um/ 2的关系．
2．几种典型的交变电流 电流名称 正弦式 交变电流
正弦半 波电流
正弦单向 脉动电流
矩形脉 动电流
非对称性 交变电流
电流图象
有效值 U＝ 1 Um
2 U＝12Um
U＝Um 2
U＝ t1 Um T
U＝ 12U21＋U22
(1)正弦式交变电流有效值计算公式，至少在一个整T4内才有意义． (2)电流方向不影响电流的热效应．
【例 3】 如图所示为交变电流的电压随时间变化的图象，此交变电流的电压有效值是 ()
A．3 2 V B．2 5 V C．4 V D．3 V
思路点拨：(1)取一个周期分段研究；(2)设想给电阻R供电，利用电流的“热效应”列方程求 解．
解析：由U21t＋U22(T－t)＝U2 T 得4 2 V2×1 s＋2 2 V2×2 s＝U2 ×3 s，U＝4 V.
(4)正弦式交变电流的图象(线圈在中性面位置开始计时)
(5)正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) ①电动势e随时间变化规律：e＝Emsin_ωt. ②电压u随时间变化规律：u＝Umsin_ωt. ③电流i随时间变化规律：i＝Imsin_ωt. 其中ω为线圈转动的角速度，Em＝NBSω 若线圈电阻为r，外电路电阻为R，则e、u、i关系为：e＝i(R＋r)，u＝iR.
RR
R
R
R
R
答案：C.
效值．
取一个周期，将其分成有效值已知的几段．根据电流热效应，利用电热公式计算有
针对训练31：若某交变电流的电流随时间变化的图象如图所示，则该交变电流的有效值是多少？
解析：I21RT2 ＋I22 ·R·T2 ＝I2RT
又∵I1＝4 2 A＝4 A，I2＝3 2
∴I＝ 17 A.
NBωL22
W＝EIt＝RE＋2 rt＝
2 R＋r
·2ωπ＝πNR2B＋2ωr L4.(2 分)
(5)因为 I 平均＝RE＋平均r＝ΔNt·RΔ＋Φr，(2 分)
故电荷量
q＝I
平均 ·Δt＝NBSR·s＋inr 60°＝
3NBL2 2R＋r
.(2
分)
(6)电流表显示干路电流的有效值，则读数为
I＝Im＝ NBωL2 .(1 分)
交变电流的产生和描述ppt 课件
(对应学生用书第136页) 1．知道交变电流的产生及正弦交流电各物理量的变化规律、图象． 2．理解交变电流有效值的意义，会对简单交变电流的有效值进行计算．
(对应学生用书第136页) 1．交变电流的产生和变化规律 (1)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流． (2)正弦式交变电流的产生：将线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产 生正弦式交变电流． (3)中性面 ①定义：与磁场方向垂直的平面． ②特点： a．线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零． b．线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．