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1、3.2 3.2 交变电流是怎样产生的交变电流是怎样产生的一、交流发电机一、交流发电机v用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）v用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极（基本组成）（基本组成）交流发电机模型的原理简图交流发电机模型的原理简图（基本种类）（基本种类）v旋转旋转电枢式电枢式发电机发电机(图图a)v旋转旋转磁极式磁极式发电机发电机(图图b)(无论哪种发电机，转动的部分叫无论哪种发电机，转动的部分叫转子转子，不动的部，不动的部分叫分叫定子定子。)v区别：前者，感应电动势不能很高；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。后者，能克服上
2、述缺点，提供很高的电压。二、交变电流的产生原理二、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矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动动画演示 为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化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为平面图来分析.特点特点:BS BS，最大，最大，E=0,I=0E=0,I=0 中性面中性面没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线(甲甲)abcd特点特点:BS:BS，=0=0，E E最大，最大，I I最最 大，感应电流方向大，感应电流方向a-a-b-c-d-ab-c-d-a(乙乙)a a（b b）、）、d d（c c）边垂直）边垂直切割磁
3、感应线，切割磁感应线，abcd特点特点:BSBS，最大，最大，E=0,I=0E=0,I=0 中性面中性面没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线(丙丙)abcd特点特点:BSBS，=0=0，E E最大，最大，I I最最 大，感应电流方向大，感应电流方向b-a-d-c-bb-a-d-c-ba a（b b）、）、d d（c c）边垂直）边垂直切割磁感应线，切割磁感应线，(丁丁)abcd开始新的周期开始新的周期(戊戊)abcdv 设设正正方方形形线线圈圈的的边边长长为为L L，在在匀匀强强磁磁场场B B中中绕绕垂垂直直于于磁磁场场的的对对称称轴轴以以角角速速度度匀匀速速转转动动，如如图图所所示示，aba
4、b和和cdcd边边垂直于纸面，转轴为垂直于纸面，转轴为O O1 1、线圈转动一周，电流方向改变多、线圈转动一周，电流方向改变多少次？少次？2 2、线圈转到什么位置时磁通量最大、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？这时感应电动势是最大还是最小？3 3、线圈转到什么位置时磁通量最小、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？这时感应电动势是最大还是最小？回答问题：回答问题：4 4、试推导感应电动势大小的变化规、试推导感应电动势大小的变化规律公式。律公式。1 1中中性性面面：线线圈圈平平面面与与磁磁感感线线垂垂直直的的位位置置叫叫做做中性面中性面 （1 1）
5、线线圈圈经经过过中中性性面面时时，穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通量量最最大大，但但磁磁通通量量的的变变化化率率为为零零（abab和和cdcd边边都都不不切割磁感线），线圈中的切割磁感线），线圈中的电动势为零电动势为零 （2 2）线线圈圈经经过过中中性性面面时时，电电流流将将改改变变方方向向，线线圈圈转转动动一一周周，两两次次经经过过中中性性面面，电电流流方方向向改改变变两次两次对过程的思考：对过程的思考：1、磁通量在什么位置最大？什么位置为零？、磁通量在什么位置最大？什么位置为零？2、电流在什么位置为零？什么位置最大？如何变化？、电流在什么位置为零？什么位置最大？如何变化？3、电流方向如何变化？
6、在什么位置开始改变？在一个周期内方向、电流方向如何变化？在什么位置开始改变？在一个周期内方向 改变几次？改变几次？4、在线圈旋转至任何一个非特殊位置时的感应电动势？、在线圈旋转至任何一个非特殊位置时的感应电动势？（V垂直垂直以线圈从中性面转动为以线圈从中性面转动为t=0时刻开始计时，经过时刻开始计时，经过t时间时间V课件演示课件演示注意两个特殊位置：注意两个特殊位置：（1）线圈平面与中性面重合时，）线圈平面与中性面重合时，SBB，最大，最大，/t=0t=0，e=0e=0，i=0i=0，电流方向将改变，电流方向将改变（2 2）线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与中性面垂直时，S/B，=0，/t最大
7、，最大，e最大，最大，i最大，电流方向不变最大，电流方向不变1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流按照正弦函数的规律变化生的交变电流按照正弦函数的规律变化正弦式交流电正弦式交流电正弦式交流电的产生的描述正弦式交流电的产生的描述2、Em匀速转动过程中能产生电动势的最大值匀速转动过程中能产生电动势的最大值峰值，峰值，为线圈转动的角速度为线圈转动的角速度3、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立4、在转轴与磁场垂直的前提下，表达式与转轴的位置无关、在转轴与磁场垂直的
8、前提下，表达式与转轴的位置无关e为瞬时值为瞬时值5、若该线圈给外电阻、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧，由闭合电路欧姆定律姆定律R两端的电压为两端的电压为 除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外的几种，如：的几种，如：的几种，如：的几种，如：家庭电路中的家庭电路中的家庭电路中的家庭电路中的正弦交变电流正弦交变电流正弦交变电流正弦交变电流示波器中的锯齿示波器中的锯齿示波器中的锯齿示波器中的锯齿波形扫描电压波形扫描电压波形扫
9、描电压波形扫描电压 除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外除此，工程技术中经常采用的交变电流还有另外的几种，如：的几种，如：的几种，如：的几种，如：电子计算机中电子计算机中电子计算机中电子计算机中的矩形脉冲的矩形脉冲的矩形脉冲的矩形脉冲激光通信用激光通信用激光通信用激光通信用的尖脉冲的尖脉冲的尖脉冲的尖脉冲小结：小结：1 1、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即 和和 其其中转动的部分叫中转动的部分叫 ，不动的部分叫，不动的部分叫 。2 2、正弦交变电流的变化规律：、正弦交变电流的变化规律：（1 1）
10、方向变化规律方向变化规律-当线圈平面垂直于磁感线时，线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，这样的位置叫做位置叫做线圈平面每经过中性面一次，感应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，感应电流方向改变向改变（2 2）大小变化规律）大小变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：变化：e=e=E Em msintsint E Em m=NBSNBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i i=I Im msintsint I Im m=E Em m/R/
11、R 叫电流的最大值叫电流的最大值 u=u=U Um msintsint U Um m=I Im mR R 叫电压的最大值叫电压的最大值 中性面中性面中性面中性面两次两次两次两次旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋转电枢式转子转子定子定子 例题例题:一矩形线圈，面积为一矩形线圈，面积为s，匝数为，匝数为N，在场强为，在场强为B的匀强磁的匀强磁场中绕着中轴场中绕着中轴oo做匀速转动，角速度为做匀速转动，角速度为，磁场方向与转轴垂直，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面开始计时，求：（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）线圈中感应电动势的最大值？（值？（2）线圈中感应电动势随时间
12、变化的表达式？（）线圈中感应电动势随时间变化的表达式？（3）若线圈）若线圈中的电阻为中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？（，则线圈中的电流的最大值为多少？（4）线圈中的）线圈中的电流瞬时表达式？电流瞬时表达式？练习练习:1.1.对于正弦交流电，下列说法正确的是（对于正弦交流电，下列说法正确的是（）A.A.线圈转动一周，电流大小改变两次线圈转动一周，电流大小改变两次 B.B.线圈转动一周，电流大小不变线圈转动一周，电流大小不变 C.C.线圈转动一周，电流大小随时改变线圈转动一周，电流大小随时改变 D.D.线圈转动一周，电流大小改变四次线圈转动一周，电流大小改变四次2.2.手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪手摇发电机转动时，小灯泡为何一闪一闪的呢？的呢？（1）灯泡发光需要一定的电压，当）灯泡发光需要一定的电压，当U定定Um时，就能使灯时，就能使灯泡发光。泡发光。（2）如图，当）如图，当T1tT2时间内，小灯泡亮了，当时间内，小灯泡亮了，当T2tT3时时间内，小灯泡变暗了，在间内，小灯泡变暗了，在T3tT4时间内小灯泡又亮了。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。）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。这充分证明：交变电流的强度是随时间做周期变化。