交变电流幻灯片.ppt

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1、1,公里旁，旷野上，坚实的钢架托着、吊着粗大的金属线，仿佛由天际而来，向天际而去,2,这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到乡村、工厂，输送到千家万户。电，每时每刻都在为人类做着巨大贡献。 来自发电厂的电有什么特征？我们怎样才能更好的利用它？这节课我们就来学习与此相关的内容。,3,第一节 交变电流,4,1、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,简称交流(AC)。,2、直流电：,方向不随时间变化的电流叫做直流电,简称直流（DC）。,电流的分类,5,恒定电流:大小和方向都不随 时间变化的电流,6,1.交变电流,7,交变电流(AC),交变电流在生产生活中有广泛应用,8

2、,转子,定子,9,(2),(1),(3),(4),(5),（1）（2）（5）,观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些是交变电流？,10,2.交变电流的产生,11,二、交变电流的产生（交流发电机）,1、发电机的基本构造,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？,12,交变电流(交流电)的产生,线圈在磁场中运动产生交变电流,13,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.,甲,乙,丁,丙,戊,14,(甲),没有边切割磁感应线,中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面。 BS， 最大， E=0 , I=0,线圈经过中性面时， 最大，但线圈中的电动势为零,15,(乙

3、),a（b）、d（c）边垂直切割磁感线,BS，=0，E最大，I最大 感应电流方向b到a,线圈与磁场平行时， 最小，但线圈中的电动势最大,16,(丙),BS， 最大， E=0 , I=0,又见中性面,17,BS，=0，E最大，I最大， 感应电流方向a到b,丁,18,BS，=0，E最大，I最大， 感应电流方向a到b,戊,19,那么整个连续的过程是怎么样的呢？,0,最大,0,反向最大,0,20,动画：交流发电机的工作原理,21,假定从E经过负载流向F的电流为正，反之为负，在坐标上标出线圈达到甲、乙、丙、丁四个位置对应的时刻和电流。,22,交流电的图像,真的是这样吗？,23,图象,24,中性面在垂直于

4、磁场位置。 线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大。 线圈平面通过中性面时感应电动势为零。 线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次。,注意,25,设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O,1、线圈转动一周，多少次经过中性面? 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?,思考与讨论,a(b),c(d),O,26,1.中性面：垂直磁场方向的平面 （

5、1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大=BS，但/t =0 最小，（ ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的感应电动势为零 （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 2.线圈平行与磁感线时，=0,/t最大，感应电动势最大。,27,3.交变电流的变化规律,28,设线圈平面从中性面开始转动，角速度是经过时间t，AB、CD宽L1，AD、BC长L2 ，磁感应强度是B.,中性面,线圈与中性面的夹角是多少？,AB边的速度多大？,AB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？,线圈中的感应电动势多大？,29,三交变电流的变化规律 以线圈经过

6、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 ）,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）,若为N匝线圈,30,（1）电动势按正弦规律变化 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 （3）电路上的电压按正弦规律变化,电流通过R 时：,31,交变电流的变化规律,(1)感应电动势: e=nBssint=Emsint (从中性面开始计时) (2)感应电流: i=(nBs/R)sint=Imsint (从中性面开始计时) (3)外电路电阻两端的电压: u=Umsint (从中性面开始计时),32,开始计时(t=0),

7、线圈位置(初相位)不同,出现正弦与余弦的表达式,Em= nBS,Em= nBS,(从中性面开始计时),(从垂直中性面开始计时),33,交变电流的种类,(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲,家庭电路中的正弦交流电流,示波器中的锯齿波扫描电压,电子计算机中的矩形脉冲,激光通信中的尖脉冲,34,（2）大型发电机线圈中电流很大，为了不使大的电流通过电刷，实际发电机都是磁铁(电磁铁)旋转（为转子）,而线圈是固定的（定子）.,磁铁旋转式发电机模型,35,交流发电机简介,36,37,（1）发电机的基本组成： 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）

8、 用来产生磁场的磁极 （2）发电机的基本种类 旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动） 旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）,38,无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。,39,1、交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流.,小结,2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动过程中产生正(余)弦式交流电，其变化规律： (1)方向变化规律线圈平面每经过中性面一次，感应电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。 (2)大小变化规律按正弦规律变化： e=Emsint Em=NBS 叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R 叫电流的最大值 u=Umsint

9、Um=ImR 叫电压的最大值,瞬时值,40,（1）线圈与磁感线垂直时,感应电动势_,磁通量_。,是电流方向_的位置。,（2）当线圈与磁感线平行时：,感应电动势_，磁通量_。,（3）线圈连续匀速转动的过程中：,电流的大小和方向都做_变化。,理解:,最小,最大,最大,最小,发生变化,周期性,41,下列表示交变电流的有（ ）,例1,CE,42,2 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，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( )：,T1时刻通过线圈的磁通量为零； T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大； T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大； 每当e变换

10、方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。,答案： D,43,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 Em=400V，线圈匀速转动的角速度为=314rad/s，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 电阻为2000，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表 达式。,e=EmsinWt=400sin314t,解：,电动势瞬时值的表达式为：,电流峰值为：,Im=Em/R=4002000=0.2A,电流瞬时值的表达式为：,i=ImsinWt=0.2sin314t,44,6、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e

11、随时间t的变化如图所示,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的绝对值最大 D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小,C,45,4、 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100rad/s。 （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？,（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？

12、 （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）,（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V （4）/t=311/N（Wb/s）,46,1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab边长为20cm，ad边长为10cm，磁感应强度 B=0.01T，线圈的转速n=50r/s，求：电动势的最大值及对应的线圈位置。,0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。,2. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感

13、应电动势。,47,高 考 链 接,1.（91年全国高考题）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。线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是（ ）,D,48,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，通过线圈的磁通量绝对值都为最大,49,2.（1992年全国高考题）交流发电机在工作时的电动势为e=E0sinwt,若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为（ ） A E0sin B 2E0sin C E0sin2wt D 2E0sin2wt,D

14、,50,3 .（1998年全国高考题）一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压为220V的交流电源上。当它对11只并联的“36V、60W”灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知该变压器副线圈的匝数n2= _，通过原线圈的电流I1= _A。,180,3,51,1.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_，属于正弦交变电流的是_。,课 堂 练 习,A,B,C,D,A B D,A,52,2.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=EmSint，如果转子的转速n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=EmSin2t B e=2EmSin2t C e=2E

15、mSin4t D e=2EmSint,B,53,3. 线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在任一时刻t感应电动势的瞬时值e为 若线圈电阻为，则感应电流的瞬时值为,e= Emsint,i= Em/(Rsint),54,教材习题答案,1.解答：磁铁靠近白炽灯，发现灯丝颤动。因为通有交变电流的灯丝处在磁场中要受到力的作用，灯丝受到的磁场力的大小、方向都随时间做周期性变化，因此灯丝颤动。 2.解答：这种说法不对。 3.解答：6.310-2V 4.解答：e= Emsint=400sin(314t) 5.解答：e= BSw,电流方向为KNMLK,55,56,【演示1】,观察

16、小灯泡的发光情况,“亮”、“闪”,亮:说明有电流通过灯泡闪:通过灯泡电流大小是变化,线框中产生的感应电流强度大小是变化的,57,【演示2】,观察二极管的发光情况,交替发光,通过二极管的电流方向是周期性变化的,线框中产生的感应电流方向是变化的,58,交变电流:大小和方向都随时间做周期性的变化。简称交流（AC）,交变电流在生产生活中有广泛应用,59,（1）发电机模型一般是两个磁极,每转一周，周期性变化一次 实际发电机通常是四磁极（多极），每转一周周期性变化两次，得到相同频率的交流电时,可以降低转子的角速度,60,50Hz交流电发电机 其转子 3000r/min,50Hz交流电发电机其转子 1500

17、r/min,61,三峡电厂发电机的多极转子,62,电流的分类,恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流,直流电(DC)：方向不随时间变化的电流,63,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 ）,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）,64,课 堂 小 结,（1）交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 （2）矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 （3）线圈平面每经过中性面一次，感应电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。,65,以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示 ）,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）NBS,=NBS,三、交变电流的变化规律,