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1、第五章交变电流第五章交变电流1 1、交变电流、交变电流：大小和方向都随时间做周期性大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流变化的电流叫做交变电流,简简称交流称交流(AC)。2 2、直流电、直流电：方向不随时间变化的电流叫方向不随时间变化的电流叫做直流电做直流电,简称直流（简称直流（DC）。）。如：家庭电路中的电流如：家庭电路中的电流如：家庭电路中的电流如：家庭电路中的电流如：电池提供的电流如：电池提供的电流如：电池提供的电流如：电池提供的电流一、交变电流的概念一、交变电流的概念交变电流的产生手摇发电机手摇发电机手摇发电机手摇发电机 教学用手摇发电机产教学用手摇发电机产教学用手摇发电机产
2、教学用手摇发电机产生的电流，大小和方向都生的电流，大小和方向都生的电流，大小和方向都生的电流，大小和方向都在不断地变化，是一种交在不断地变化，是一种交在不断地变化，是一种交在不断地变化，是一种交变电流变电流变电流变电流交变电流是如何产生的呢？交变电流是如何产生的呢？交变电流是如何产生的呢？交变电流是如何产生的呢？交交流流发发电电机机模模型型二、交变电流的产生二、交变电流的产生1 1、交流发电机的基本构造、交流发电机的基本构造线圈：线圈：转轴垂直于磁场方向转轴垂直于磁场方向磁极：磁极：磁极间形成匀强磁场磁极间形成匀强磁场二、交变电流的产生二、交变电流的产生abcdabcd线圈（切割磁感线）线圈（
3、切割磁感线）线圈（切割磁感线）线圈（切割磁感线）K K、L L圆环圆环圆环圆环A A、B B电刷电刷电刷电刷使线圈在转动时保使线圈在转动时保使线圈在转动时保使线圈在转动时保持与外电路的连接持与外电路的连接持与外电路的连接持与外电路的连接2 2、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动匀速转动二、交变电流的产生二、交变电流的产生3 3、过程分析、过程分析（1 1）在）在）在）在线线线线圈转动的过圈转动的过圈转动的过圈转动的过程中程中程中程中，哪些边会产生感应电动势？，哪些边会产生感应电动势？，哪些边会产生感应电动势？，哪些边会产生感应电动势？ab边边 cd边边（
4、2 2）怎样将立体图转化为平面图？）怎样将立体图转化为平面图？）怎样将立体图转化为平面图？）怎样将立体图转化为平面图？将立体图转化为平面图将立体图转化为平面图（3 3）在）在）在）在线圈由甲转到乙的过程中线圈由甲转到乙的过程中线圈由甲转到乙的过程中线圈由甲转到乙的过程中，abab边边边边中电流中电流中电流中电流向哪个向哪个向哪个向哪个方向流方向流方向流方向流动？动？动？动？丙转到丁呢？丙转到丁呢？丙转到丁呢？丙转到丁呢？（4 4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？
5、线圈转到什么位置，电流最大？线圈转到什么位置，电流最大？线圈转到什么位置，电流最大？线圈转到什么位置，电流最大？由由ab由由baBS最大最大E=0=0I=0=0中性面中性面垂直磁场方向的平面叫做垂直磁场方向的平面叫做中性面。中性面。线圈经过线圈经过中性面中性面时，时，最大最大，但线圈，但线圈中的中的电动势为零电动势为零(V/B)A(B)D(C)过程分析过程分析将立体图转化为平面图将立体图转化为平面图V/BBS=0=0E E最大最大I I最大最大感应电流方向感应电流方向B到到A线圈与磁场平行时，线圈与磁场平行时，最小最小，但线圈，但线圈中的中的电动势最大电动势最大(VB)A(B)D(C)VBD(
6、C)A(B)BBS最大最大E=0 I=0中性面中性面BS=0E、I最大最大感应电流方向感应电流方向C到到DV/BVBD(C)A(B)B（3 3）在）在）在）在线圈由甲转到乙的过程中，线圈由甲转到乙的过程中，线圈由甲转到乙的过程中，线圈由甲转到乙的过程中，ABAB边中电流边中电流边中电流边中电流向哪个向哪个向哪个向哪个方向流方向流方向流方向流动？动？动？动？丙转到丁呢？丙转到丁呢？丙转到丁呢？丙转到丁呢？（4 4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？线圈转到什么位置，
7、电流最大？线圈转到什么位置，电流最大？线圈转到什么位置，电流最大？线圈转到什么位置，电流最大？由由ab由由ba线线线线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；转转转转到乙、丁位置时线圈中电流最大！到乙、丁位置时线圈中电流最大！到乙、丁位置时线圈中电流最大！到乙、丁位置时线圈中电流最大！线圈转动一周，线圈转动一周，多少次经过中性面多少次经过中性面?电流方向改变多少次电流方向改变多少次?思考与讨论思考与讨论.a(ba(b)c(dc(d)O O线圈平面与磁感线垂直的位置线圈平面与磁感线垂直的位置（1 1）
8、线圈经过）线圈经过中性面中性面时，穿过线圈的时，穿过线圈的磁通量最磁通量最大大，但磁通量的变化率为零，但磁通量的变化率为零(/t=0)，线圈，线圈中的中的电动势为零电动势为零（3 3）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动圈转动一周一周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两两次次（2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通磁通量为零量为零，但磁通量的变化率最大，但磁通量的变化率最大(/t最大最大），线圈中的线圈中的电动势为最大。电动势为最大。中性面中性面 设设N N匝线圈平面从中性面开始转匝线圈平面从
9、中性面开始转动，角速度是动，角速度是经过时间经过时间t t，ABAB、CDCD宽宽L L1 1，ADAD、BCBC长长L L2 2 ，磁感应强度是磁感应强度是B.B.BvA(B)D(C)t=0v11v中性面中性面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边的速度多大？边的速度多大？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？ee电动势的电动势的电动势的电动势的瞬时值瞬时值瞬时值瞬时值E Emm它达到的它达到的它达到的它达到的峰值峰值峰值峰值发电机线圈转动的发电机
10、线圈转动的发电机线圈转动的发电机线圈转动的角速度角速度角速度角速度令则有 三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 1、电动势按正弦规律变化、电动势按正弦规律变化2 2、电流按正弦规律变化、电流按正弦规律变化 3 3、电压按正弦规律变化、电压按正弦规律变化 电流电流i通过通过R时：时：成立条件：成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时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变电流正弦式交变电流正弦式交
11、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e为瞬时值为瞬时值4、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eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt t四、交流电的四、交流电的图像图像 四、交流电的四、交流电的图像图像 et0Em-E
12、mit0Im-Im(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲五、交变电流的种类五、交变电流的种类 、交流电的产生：矩形线圈在匀、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生转时，线圈中就产生 、交变电流：、交变电流：和和 都随时间做都随时间做 的电流叫的电流叫做交变电流电压和电流随时间按做交变电流电压和电流随时间按变化的交流电叫正弦交流电变化的交流电叫正弦交流电 大小大小方向
13、方向正弦规律正弦规律正弦交流电正弦交流电周期性变化周期性变化课堂练习课堂练习 、当线圈平面垂直于磁感线时，、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做有感应电流，这样的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，感应电流方向改变一周，感应电流方向改变中性面中性面两次两次、线圈从中性面开始转动，角速度是、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，线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么，那么在任一时刻在任一时刻t感应
14、电动势的瞬时感应电动势的瞬时值值e为为若电路总电阻为若电路总电阻为，则感应电流的瞬时，则感应电流的瞬时值值为为 e0Em-Emte=Emsinsinti=(Em/R)sint六、交流发电机六、交流发电机交流发电机简介（1）发电机的基本组成：）发电机的基本组成：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）用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类）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）旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）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
15、转子，不动的部分叫不动的部分叫定子定子1 1、交变电流交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。3 3、交变电流的变化规律：、交变电流的变化规律：（1 1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，一次，感应电流的感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电流，感应电流的方向改变的方向改变两次两次。（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=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值叫电流的最大值
16、 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最大值 小结小结2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动例、下列表示交变电流的有（例、下列表示交变电流的有（）iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teuCE归纳：直流：方向不变归纳：直流：方向不变 恒定电流：大小、方向均不变恒定电流：大小、方向均不变 交变电流：大小和方向做周期性变化交变电流：大小和方向做周期性变化例、例、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为311V，线圈在磁场中转动的角速度线圈在磁场中转
17、动的角速度100rad/s。（1）写出感应电动势的瞬时值表达式写出感应电动势的瞬时值表达式(从中性面开始从中性面开始)。（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总总电阻为电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在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？时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最大值、平均度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？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？）转动过程中磁通量的变化
18、率最大值是多少？答案答案（1）e=311Sin(100t)（2）i=3.11Sin（100t）i=3.11Sin（1001/120）=3.111/2=1.55（A）（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V（4）/t=311/N（Wb/s）例、一矩形线圈例、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势e随随时间时间t的变化如图所示的变化如图所示,下面说法中正确的是下面说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零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时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小对值最小et0t1t2t3t4Em-EmC