交变电流是怎样产生的.

课件49张PPT。第2节　交变电流是怎样产生的目标导航
1.了解交流发电机的构造及发电原理．
2．知道正弦式交变电流是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的，知道中性面的概念．(难点)
3．了解交变电流的瞬时值和最大值，能正确表示出正弦式交变电流的最大值、有效值、瞬时值． (重点)一、交流发电机
1.原理：由法拉第______________可知，只要通过闭合导体的_________发生变化，就可以产生感应电动势和__________．
2.构造：发电机主要由_____(电枢)和____两部分组成．电磁感应定律磁通量感应电流线圈磁极磁极电枢电枢磁极想一想
1．由交流发电机发出来的电流有什么特点？
提示：电流的大小、方向都随时间做周期性变化．二、交变电流的产生原理和变化规律
1.产生机理
(1)条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕_____________的轴匀速转动．
(2)特点：①中性面：线圈平面与磁感线____,线圈经过中性面时，感应电动势、感应电流_______．垂直磁场方向垂直为零②与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流_______．
③方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就__________；线圈每转动一周,经过中性面_____,感应电流的方向改变____.最大改变一次两次两次EmsinωtnBωSImsinωtUmsinωt想一想
2．如图，在匀强磁场中，边长为l的线圈与磁感线垂直，当它以ad边为轴以角速度ω转动时产生的感应电动势最大
值是多少？从图示位置开始
计时，感应电动势的瞬时值
表达式是怎样的？提示：bc边切割磁感线，当线圈与磁感线平行时，感应电动势最大，有Em＝Blv，而v＝ωl，则Em＝Bl2ω.从图示位置计时的瞬时值表达式为e＝Bl2ωsinωt.要点一　交变电流的产生原理及变化规律
学案导引
1.只要线圈在匀强磁场中匀速转动就一定会产生交变电流吗？
2.穿过线圈的磁通量最大时感应电动势也最大吗？
3.交变电流的瞬时值一定是时间的正弦函数吗？1.交变电流的产生原理
(1)产生过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感应强度方向的轴连续匀速转动，感应电动势(感应电流)大小和方向随时间做周期性的变化．如图(a)，无感应电流．
如图(b)，电流从d流入．
如图(c)，无感应电流．
如图(d)，电流从a流入．
(2)中性面：如图(a)、(c)所示，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势(感应电流)为零．2.交变电流的变化规律
(1)瞬时值表达式
矩形线圈abcd为N匝线圈，其边
长分别为ad＝l1，ab＝l2，面积
S＝l1·l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴OO′以角速度ω匀速转动时，从线圈平面与磁场方向垂直的位置开始计时，经时间t，转动的角度θ＝ωt.其中Em＝NBSω，Im＝Em/R，表示最大值，B表示磁感应强度，N表示线圈匝数，S表示线圈面积，ω表示角速度，R表示电路的总电阻.
以上各式表示形式仅限于自中性面开始计时的情况，当从垂直于中性面开始计时时，表达式应为e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.(2)交变电流的图象
①图象意义：反映了交变电流的电流(电压)随时间变化的规律．
②通过图象可了解到信息：最大值、周期、频率．特别提醒：只有当线圈转到中性面位置时，交变电流的方向才发生改变，一个周期内线圈两次经过中性面，所以一个周期内电流方向改变两次． 一矩形线圈有100匝，面积为50 cm2,线圈内阻r＝2 Ω，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时，已知磁感应强度B＝0.5 T，线圈的转速n＝1200 r/min，外接一用电器，电阻为R＝18 Ω，试写出R两端电压瞬时值的表示式．【审题指导】　解答本题时应注意以下两点：
(1)瞬时值表达式的形式与开始计时的位置有关.
(2)计算R两端的电压时要分清内、外电路．【答案】　U＝9πcos40πt V【规律总结】　对于纯电阻，在交变电路中闭合电路欧姆定律及欧姆定律仍然适用，只是应用时应注意电动势的瞬时值、有效值分别对应电流的瞬时值、有效值．要点二　交变电流的四值比较
学案导引
1.交变电流的四值指的是哪些值？
2.交变电流的“四值”有哪些区别？特别提醒：产生正弦交流电的条件：匀强磁场、转轴与磁场垂直、线圈匀速转动．与转轴位置和线圈形状无关．因此，如图所示，只要线圈的匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S一定，产生的感应电动势的最大值Em也就确定了(Em＝nBSω)．(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)线圈转过1/30 s时电动势的瞬时值多大？
(3)线圈从中性面转过180°过程中，磁通量变化量是多少？流过电阻R上的电量是多少？
(4)电路中电压表和电流表的示数各是多大？【答案】　(1)e＝50sin10πt V　(2)43.30 V
(3)3.18×10－2 Wb　0.32 C　(4)31.86 V　3.54 A交变电流的功率计算
[经典案例]　(10分)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡．如图乙所示，求(1)灯泡实际消耗的功率．
(2)发电机线圈每秒钟产生的焦耳热．
【审题指导】　计算灯的功率及发电机线圈产生的焦耳热时都要用交变电流的有效值．灯泡消耗的功率P＝I2R＝2.22×95 W＝459.8 W.
(2分)
(2)发电机线圈1 s内产生的热量
Q＝I2rt＝2.22×5×1 J＝24.2 J．(2分)
【答案】　(1)459.8 W　(2)24.2 J交流发电机和直流发电机有什么不同
电能是现代社会最主要的能源之一．发电机是将其他形式的能转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能．发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途．
发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律．因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的．发电机的分类可归纳如下：
发电机分为直流发电机和交流发电机．
交流发电机分为同步发电机和异步发电机(很少采用)．
交流发电机还可分为单相发电机和三相发电机．直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理．