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1、 公路旁、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 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作着巨大的贡献。来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？这一章我们就来学习与此相关的内容。第三章：交变电流 第1节交变电流 用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生用示波器或电压传感器先观察电池供给的电压的波形，再观察学生电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？电源交流挡供给的电压的波形。这两种波形各有什么特点？.直流电直流电(DC)(DC)：方向不随时间变化的电流方向不随时间变
2、化的电流.交变电流交变电流(AC)(AC)：方向随时间做周期性变化的电流方向随时间做周期性变化的电流一一.电流的分类：电流的分类：种类：恒定电流：恒定电流：大小和方向都不随时间变化的大小和方向都不随时间变化的电流电流交流交流直流直流充电器充电器电动自行车的无刷电机电动自行车的无刷电机（直流电转交流电）（直流电转交流电）观察交变电流的方向：观察交变电流的方向：把把两两个个发发光光颜颜色色不不同同的的发发光光二二极极管管 并并联联，注注意意使使两两者者正正、负负极极的的方方向向不不同同，然然后后连连接接到到教教学学用用发发电电机机的的两两端端。转转动动手手柄柄，两两个个磁磁极极之之间间的的线线圈圈
3、随随着着转转动动。观观察察发发光二极管的发光情况光二极管的发光情况。现象现象：说明：说明：发电机产生的交流电发电机产生的交流电电流方向在不断变化。电流方向在不断变化。两两个二极管会交替发光个二极管会交替发光如何产生如何产生交流电交流电呢？呢？二、交变电流的产生二、交变电流的产生交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：交变电流产生示意图：将将将将立体图立体图立体图立体图转化为转化为转化为转化为侧视图侧视图侧视图侧视图来分析来分析来分析来分析甲乙丙丁ABCDv问题问题问题问题:当线圈在磁场中绕轴转动时当线圈在磁场中绕轴转动时当线圈在磁场中绕轴转动时当线圈在磁场中绕轴转动时,哪些
4、边切割磁感线哪些边切割磁感线哪些边切割磁感线哪些边切割磁感线?vBvBvBvB，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。1.1.1.1.起始位置起始位置起始位置起始位置特点：特点：特点：特点：1.BS1.BS1.BS1.BS，最大最大最大最大,m m m m=BS=BS=BS=BS 2.2.2.2.没有切割，没有切割，没有切割，没有切割，E=0E=0E=0E=0，I=0I=0I=0I=0 线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直的的的的位置称之为位置称之为位置称之为位置称之为-中性面中性面中性面中性面 E=0
5、E=0E=0E=0，I=0I=0I=0I=0二、交变电流的产生二、交变电流的产生甲甲A(B)D(C)乙乙ABCD2.2.2.2.向左转过向左转过向左转过向左转过90909090度度度度a a a a（b b b b）、）、）、）、d d d d（c c c c）边）边）边）边垂直垂直垂直垂直切割磁感应线，切割磁感应线，切割磁感应线，切割磁感应线，特点：特点：特点：特点：1.BS1.BS1.BS1.BS，=0=0=0=0，E E最大最大，I I I I最大，最大，最大，最大，E E E E最大，最大，最大，最大，I I I I最大最大最大最大2.2.2.2.感应电流方向感应电流方向感应电流方向感
6、应电流方向DCBADDCBADDCBADDCBADBSBSBSBS，=0=0=0=0二、交变电流的产生二、交变电流的产生ABCDD(C)A(B)B3.3.转过转过180180度度vBvBvBvB，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。，没有边切割磁感线。特点：特点：特点：特点：1.BS1.BS1.BS1.BS，最大最大最大最大,m m m m=BS=BS=BS=BS 2.2.2.2.没有切割，没有切割，没有切割，没有切割，E=0E=0E=0E=0，I=0I=0I=0I=0丙丙二、交变电流的产生二、交变电流的产生 线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向
7、垂直线圈平面与磁场方向垂直的的的的位置称之为位置称之为位置称之为位置称之为-中性面中性面中性面中性面 ABCDD(C)A(B)B4.4.4.4.转过转过转过转过270270270270度度度度特点：特点：特点：特点：1.BS1.BS1.BS1.BS，=0=0=0=0，E E E E最大，最大，最大，最大，I I I I最大，最大，最大，最大，a a a a（b b b b）、）、）、）、d d d d（c c c c）边）边）边）边垂直垂直垂直垂直切割磁感应线，切割磁感应线，切割磁感应线，切割磁感应线，E E E E最大，最大，最大，最大，I I I I最大最大最大最大 2.2.2.2.感应电
8、流方向感应电流方向感应电流方向感应电流方向ABCDAABCDAABCDAABCDABSBSBSBS，=0=0=0=0二、交变电流的产生二、交变电流的产生丁丁此此时时线线圈圈具具有有的的特特点点1.线圈平面与磁场线圈平面与磁场垂直垂直(BS)，速度方向与磁场方，速度方向与磁场方向向平行平行(B/v)2.磁通量磁通量:3.感应电动势感应电动势:5.感应电流感应电流:4.磁通量的变化率磁通量的变化率:vvm=BS 最大最大E=0/t=0I=05.5.5.5.两个特殊位置两个特殊位置两个特殊位置两个特殊位置将立体图转化将立体图转化为平面正视图为平面正视图此此时时线线圈圈具具有有的的特特点点1.线圈平面
9、与磁场线圈平面与磁场平行平行(B/S)，速度方向与磁场方向，速度方向与磁场方向垂垂直直(Bv)2.磁通量磁通量:3.感应电动势感应电动势:5.感应电流感应电流:4.磁通量的变化率磁通量的变化率:vv=0E=BLv 最大最大/t 最大最大I最大最大我们称为与中性面垂直的面（峰值面）5.5.5.5.两个特殊位置两个特殊位置两个特殊位置两个特殊位置BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)立立体体图图平平面面图图e电流方向最大最大最大最大00无无无无DCBADABCDA0无无 二、交变电流的产生二、交变电流的产生1 1.中性面中性面：垂直磁场方向的平面
10、垂直磁场方向的平面（1 1）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=BS=BS，但但/t/t=0=0最最小小，（abab和和cd cd 边边都不切割磁感线），线圈中的感应都不切割磁感线），线圈中的感应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，电电流流方方向向将将改改变变;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 流方向改变流方向改变两次两次2.2.线圈线圈平行平行于于磁感线磁感线时，时，=0;=0;但但/t/t最大最大，感应电动势最大感应电动势最大。3.3.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，是产生交变电流的一种方式，不是
11、唯一方式。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，是产生交变电流的一种方式，不是唯一方式。（例如：线圈不动，磁体转动也可以产生交变电流）（例如：线圈不动，磁体转动也可以产生交变电流）结论结论:eBA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)BA(B)D(C)立体图平面图 电流电流方向方向e最大最大最大最大00无无无无DCBADABCDA0无无oT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt t二二、交交变变电电流流的的产产生生 线圈线圈每每经过中经过中性面一次，性面一次，交流电方交流电方向改变一向改变一次次，线圈，线圈每每转动一转动一周，周，
12、两次两次经过中性经过中性面，面，交流交流电的方向电的方向改变两次改变两次。A(B)D(C)磁感应强度是磁感应强度是B，AB、CD长为长为l，AD、BC宽为宽为d，线圈匀速转动的角速度，线圈匀速转动的角速度是是，设，设t0时线圈刚好转到中性面位置时线圈刚好转到中性面位置，vv线圈与中性面的夹角是多少？线圈与中性面的夹角是多少？AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？边速度方向与磁场方向夹角是多大？AB边的速度多大？边的速度多大？BvAD中性面中性面经过时间经过时间t ABAB边中的感应电动势多大？边中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？三、三、交变电流的变化规律：交变电
13、流的变化规律：如果线圈匝数为如果线圈匝数为N，则，则EmNBS。若若电路中的负载为纯电阻电路时，流过电路中的负载为纯电阻电路时，流过负载负载的电流的电流和负载两端的电和负载两端的电压压也按正弦规律变化。即，也按正弦规律变化。即，u Umsin t 其中其中Um、Im分别叫电压和电流的分别叫电压和电流的最大值最大值，也叫，也叫峰值峰值。而而e、u、i 则是相应的物理量的则是相应的物理量的瞬时值瞬时值。1.1.正弦式交变电流正弦式交变电流(从从中性面中性面计时开始计时开始)三、三、交变电流的变化规律：交变电流的变化规律：i Imsin t 三、三、交变电流的变化规律：交变电流的变化规律：Em=NB
14、S 若从若从中性面中性面中性面中性面开始开始计时，则计时，则：t t 时刻时刻瞬时值瞬时值峰值（最大值）峰值（最大值）从瞬时值可以看出：从瞬时值可以看出：从瞬时值可以看出：从瞬时值可以看出：矩形矩形矩形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照正弦函数的规律照正弦函数的规律照正弦函数的规律变化，这种交变电流叫变化，这种交变电流叫变化，这种交变电流叫变化，这种交变
15、电流叫正弦式交变电流正弦式交变电流正弦式交变电流正弦式交变电流，简称简称简称简称正弦式电流正弦式电流正弦式电流正弦式电流。2.若线圈从中性面的垂面（峰值面）开始计时，在t 时刻线圈中的感应电动势是多少？BvA(B)D(C)中性面 tt=0 vvt另一种推导方式：说明：物理学中，正弦交变电流与余弦交变电流(本质规律都相同)统称为正弦式交流电负载两端电压变化规律：负载两端电压变化规律：流过负载的电流变化规律：流过负载的电流变化规律：三、三、交变电流的变化规律：交变电流的变化规律：电动势变化规律：负载两端电压变化规律：故：从与中性面垂直的位置（峰值面）开始计时，瞬时值：流过负载的电流变化规律：三、三
16、、交变电流的变化规律：交变电流的变化规律：正余弦交流电产生条件:匀强磁场转轴必须和磁场垂直匀速转动E感感的的值与与线圈的形状和圈的形状和转轴的位置没有关系：的位置没有关系：E=NBS思考思考:下列四个线圈中能产生下列四个线圈中能产生正余弦交流电的是哪个？的是哪个？B利用传感器显示的交变电流的图像：利用传感器显示的交变电流的图像：EmeOtiOtuOtImUm不同形式的不同形式的交流电：交流电：正弦式电流是最简单、最基正弦式电流是最简单、最基本的交变电流。本的交变电流。电力系统中应用电力系统中应用的大多是正弦式电流。在电子技的大多是正弦式电流。在电子技术中也常遇到其他形式的交流。术中也常遇到其他
17、形式的交流。交流发电机的基本结构交流发电机的基本结构五、交流发电机五、交流发电机线圈线圈（叫电枢）（叫电枢）产生产生感应电动势感应电动势磁极磁极产生磁场产生磁场1.1.基本基本组成组成2.2.基本基本种类种类旋转电枢式旋转电枢式电枢动电枢动，磁极不动，磁极不动旋转磁极式旋转磁极式磁极动磁极动，电枢不动，电枢不动 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，不动的部分叫，不动的部分叫定子定子。旋转电枢式的缺点：旋转电枢式的缺点：旋转磁极式的优点：旋转磁极式的优点：电压高会火花放电、电枢无法做大电压高会火花放电、电枢无法做大高电压、高功率输出高电压、高功率输出3.3.两种两种
18、发电机的比较发电机的比较五、交流发电机五、交流发电机交流发电机交流发电机例例1 1：如图所示，一半径为如图所示，一半径为r r10 cm 10 cm 的圆形线圈共的圆形线圈共100100匝，在磁感应强度匝，在磁感应强度B=5/B=5/2 2，的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴线的中心轴线 OOOO以以n n600 r/min 600 r/min 的转速匀速转动，的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时求当线圈转至中性面位置时开始计时求(1)(1)电动势的瞬时值表达式电动势的瞬时值表达式(2)(2)线圈从图示位置经线圈从图示位置经1/60s1/60s时的电动势
19、的瞬时值时的电动势的瞬时值(3)(3)线圈从图示位置经线圈从图示位置经T T/6/6时的电动势的瞬时值时的电动势的瞬时值解：解：（1）eEmsin t2n20 rad/se(2)当当t1/60 s时，时，Em=NBS=100Ve100sin20(1/60)V 50 V100sin 20t(V)(3)当当tT/6s时，时，e100sin20(1/6)V 50 V3 3、交变电流的变化规律交变电流的变化规律e=Emsin t感应电动势：感应电动势：（E Em m为峰值，为峰值，E Em m=NBS=NBS）路端电压：路端电压：电路中的电流：电路中的电流：u=Umsin ti=Ii=Im msins
20、in t t4 4、交流发电机交流发电机1 1、交变电流交变电流交流电：交流电：大小和大小和方向方向都随时间做周期性变化都随时间做周期性变化直流电：直流电：2 2、交变电流的产生交变电流的产生线圈旋转过程中线圈旋转过程中只有只有ABAB和和CDCD边在做切割磁感线边在做切割磁感线的运动，产生的运动，产生E E感感线圈每转动线圈每转动一周一周，两次经过中性面两次经过中性面，交流电的，交流电的方向改变两次方向改变两次。中性面：与磁场垂直的平面中性面：与磁场垂直的平面 特点：磁通量最大，特点：磁通量最大，E E感感=0=0，I I感感=0=0。与中性面垂直的平面：与中性面垂直的平面：磁通量为磁通量为
21、0 0，E E感感最大，最大，I I感感最大。最大。课堂小结课堂小结1 1对于如图所示的电流对于如图所示的电流i i随时间随时间t t做周期性变化的图像，下列描述正确的是（）做周期性变化的图像，下列描述正确的是（）A A电流的大小变化，方向不变，不是交变电流电流的大小变化，方向不变，不是交变电流B B电流的大小不变，方向变化，是交变电流电流的大小不变，方向变化，是交变电流C C电流的大小和方向都变化，是交变电流电流的大小和方向都变化，是交变电流D D电流的大小和方向都不变，是直流电电流的大小和方向都不变，是直流电A2 2一矩形线圈一矩形线圈ABCDABCD在匀强磁场中绕其中心轴在匀强磁场中绕其
22、中心轴OOOO匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法错误的是（）错误的是（）A A线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大B B线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向C C线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小D D线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减
23、小，产生的电流在增大线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大A3 3在匀强磁场中，一个在匀强磁场中，一个100100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为22，则（），则（）A At=0t=0时，线圈平面平行于磁感线时，线圈平面平行于磁感线B Bt=1st=1s时，线圈中的电流改变方向时，线圈中的电流改变方向C Ct=1.5st=1.5s时，线圈中的感应电动势最大时，线圈中的感
24、应电动势最大D D线圈转动的角速度为线圈转动的角速度为rad/srad/sAD4 4如图所示，闭合的矩形导体线圈如图所示，闭合的矩形导体线圈abcdabcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OOOO匀速转动，沿匀速转动，沿着着OOOO方向观察，线圈沿逆时针方向转动已知匀强磁场的磁感应强度为方向观察，线圈沿逆时针方向转动已知匀强磁场的磁感应强度为B B，线圈匝数为，线圈匝数为n n，abab边的边长为边的边长为l l1 1，adad边的边长为边的边长为l l2 2，线圈电阻为，线圈电阻为R R，转动的角速度为，转动的角速度为，则当线圈转至图示位置时，则当线圈转至图示位置时()A A线圈中感应电流的方向为线圈中感应电流的方向为abcdaabcdaB B线圈中的感应电动势为线圈中的感应电动势为2nBl22nBl2C C穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D D线圈线圈adad边所受安培力的大小为边所受安培力的大小为CD