3.1 交变电流 课件（21张PPT）

(共21张PPT)
第三章 交变电流
1 交变电流
学习目标
1. 知道交变电流、直流的概念。　
2. 科学思维]掌握交变电流的产生和变化规律。　
3. 物理观念]知道交变电流的峰值、瞬时值的含义。
情景引入
交流电：
很多用电器中的电流、电压大小和方向也随时间做周期性变化，这样的电流叫作交变电流（alternating current， AC），简称交流。
直流电：
方向不随时间变化的电流称为直流电（direct current，DC），简称直流。
一、交变电流
演示实验：用示波器观察学生电源交流挡供给的电压的波形
二、交变电流的产生
(1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场 方向的轴匀速转动
(2)过程分析
中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直时所在的平面。
①中性面线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大， 为0，e为0，i为0。
线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈，电流方向改变两次。
②垂直于中性面位置此时Φ为0， 最大，e最大，i最大。
三、交变电流的变化规律
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。
则经过时间 t
线框转过的角度 θ ＝ωt
线框旋转过程中 AB 和 CD 的速度
与磁感线垂直的速度为vsin θ，即
2. 大小变化规律：
如图所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴匀速转动。设线圈旋转的角速度为 ω ，AB 和 CD 的长度为 l，AD 和 BC 的长度为 d。
从线圈经过中性面开始计时，t 时刻线圈中的感应电动势：
e ＝2Bl vsin θ ωBldsinωt ＝ ωBSsinωt
令 Em＝BSω，则有e ＝Em sinωt
式中Em是常数，表示电动势可能达到的最大值
线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的
表示线框的面积
如果线圈匝数为N，则Em＝NBSω
R
e， r
欧姆定律
式中Em、Um 和 Im 分别是电压和电流的最大值，也叫峰值(peakvalue)，而 e、u、i 则是相应的物理量的瞬时值。这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流 (sinusoidal current)。
3. 正弦式交变电流
u ＝Umsin ωt
i ＝Imsin ωt
正弦交变电流随时间的变化
不同形式的交流电
交流发电机
（1）基本组成：电枢（产生感应电动势的线圈）和磁体（产生磁场）
（2）转子与定子
（3）两类发电机：旋转电枢式和旋转磁极式
旋转电枢式发电机转子产生的电流，必须经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。同时，转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，所以产生的 感应电动势也不能很高。
旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。所以，大多数发电机是旋转磁极式的。
发电机的转子可以由蒸汽轮机、水轮机等带动。
蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。
巩固练习
1. 如图所示，线圈中不能产生交变电流的是 ( )
A
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e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是 (　　)
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，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
D
3.如图所示，匀强磁场B＝0.1 T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长lab＝0.2 m，lbc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
(1)线圈中感应电动势随时间变化的表达式。
(2)由t＝0至t＝过程中的平均电动势值。
T
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