3.2 交变电流是怎样产生的 课件 (3)

课件40张PPT。3.2 交变电流是怎样产生的1．认识交流发电机，了解交流发电
机的结构。
2．掌握交变电流的变化规律，熟悉
正弦交变电流的瞬时值表达式和
图像。知道中性面的概念。
3．能灵活运用正弦交变电流的图像
和三角函数表达式解决问题。一、交流发电机
1．原理
闭合导体与磁极之间做 。穿过闭合导体的 发生变化。
2．构造
线圈(电枢)和 两部分。相对运动磁通量磁极3．分类磁极电枢 二、交变电流的产生原理和变化规律
1．产生原理
(1)条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕
的轴匀速转动。
(2)特殊位置特点：
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 。垂直于磁场方向垂直为零 ②与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流 。
(3)电流方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动一周，经过中性面 ，感应电流的方向改变 。最大2次2次Emsin ωtImsin ωtUmsin ωt(2)图像描述如图所示。[试身手·夯基础]
1．线圈垂直于磁感线时的位置叫________，此时穿过线圈
平面的磁通量________，产生的电动势________。
答案：中性面　最大　为零2．矩形线圈在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，如果从
中性面开始计时，经时间t后，线圈平面转过的角度θ＝________，瞬时感应电动势e＝________________，感应电流为i＝_________________。此交流电通过一段导体时，导体两端的电压u＝________________。
答案：ωt　Emsin ωt　Imsin ωt　Umsin ωt3．关于中性面，下列说法错误的是(　　)
A．中性面就是穿过线圈的磁通量为零的面
B．中性面就是线圈中磁通量变化率为零的面
C．线圈过中性面时，电流方向必改变
D．中性面就是线圈内感应电动势为零的面解析：线圈转至中性面时，线圈平面与磁感线垂直，所以此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，电流方向改变。
答案：A4．如图3－2－2甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场
中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则图3－2－3所示四幅图中正确的是 (　　)图3－2－2图3－2－3 1．推导正弦交变电流瞬时值的
表达式
设线圈从中性面起经时间t转过
角度θ，则θ＝ωt。此时两边ab、cd
速度方向与磁感线方向的夹角分别
为ωt和180°－ωt，如图3－2－4所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：图3－2－42．交变电流的变化规律
(1)e＝Emsin ωt；
(2)i＝Imsin ωt；
(3)u＝Umsin ωt。 [名师点睛]　其中交流电动势的峰值Em，由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此图3－2－5所示几种情况，若n、B、S、ω相同，则电动势的峰值相同。图3－2－6答案：　(1)e＝375 sin 5πt V　(2)375 V 交变电流瞬时表达式问题的破解程序：(1)观察线圈的转动轴是否与磁感线垂直；(2)从中性面开始计时，电动势是按正弦规律变化；从线圈转到与磁感线平行时开始计时，电动势是按余弦规律变化；(3)计算电动势最大值和角速度ω，写出电动势的瞬时表达式。 1．图像意义
反映了交变电流的电流(电
压)随时间变化的规律，如图
3－2－7所示。
2．通过图像可了解到信息
最大值、周期、频率。图3－2－73．特殊位置(时刻)物理量的特点 2．一矩形线圈在匀强磁场中匀速
转动时，产生的交变电动势的图像如图
3－2－8所示，则 (　　)
A．交流电的频率是4π Hz
B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大图3－2－8答案：　B对物理图像需掌握的要点：
一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”。
二变：掌握“图与图”、“图与式”、“图与物”之间的变通。
三判：在此基础上进行正确的分析、判断。 (1)电路中感应电动势的最大值和有效值。
(2)电路中交流电压表和电流表的示数。
(3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电荷量。
[思路点拨]　交变电流的最大值只是一个瞬间值，对产生焦耳热无直接影响，起决定作用的是有效值。计算电荷量时要用电流的平均值。 在交变电流的电路中，电压、电流以及热量和功率都用有效值计算，电压表和电流表的示数都是指有效值，而耐压值是指最大值，电路中通过的电荷量用平均值计算。1. (对应要点一)处在匀强磁场中的矩形
线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边
转动，磁场方向平行于纸面并与ab
垂直。在t＝0时刻，线圈平面与纸
面重合(如图3－2－10所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则在图3－2－11中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图像是 (　　)图3－2－10图3－2－11解析：由右手定则或者楞次定律可以确定开始时刻感应电流的方向为a→b→c→d→a，跟规定的正方向相同，而且该时刻感应电流最大，故选C。
答案：C2．(对应要点二)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感
线垂直的转轴匀速转动，如图3－2－12甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则 (　　)图3－2－12A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零
B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势的有效值为311 V
D．线框产生的交变电动势的频率为100 Hz答案：B图3－2－133．(对应要点三) 如图3－2－13所示，
一个小型旋转电枢式交流发电机，
其矩形线圈的长度为a，宽度为b，
共有n匝，总电阻为r，与线圈两
端相接触的集流环上接有一个阻
值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，
t＝0时刻线圈平面与磁感线垂直。(1)表示出线圈经过图示位置时，线圈中的感应电流的方向。
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式。
(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势。
(4)求线圈从t＝0位置开始到转过60°时的瞬时电流。答案：见解析 (1)中性面磁通量虽然最大，但该位置磁通量变化率为零，从而瞬时电动势为零。该位置是电流方向发生变化的位置。
(2)Em＝nBSω虽由矩形线圈求得，但对任何形状的线圈都适用，条件是转轴垂直于磁感应强度方向。 (3)当交流发电机的线圈从中性面开始转动计时时，产生正弦交变电流，电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωsin ωt；当线圈从垂直于中性面(磁场方向与线圈平面平行)位置开始计时时，产生余弦交变电流，电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωcos ωt。
(4)计算电功、电功率、电热用交流电的有效值，计算通过导体横截面的电荷量用交流电的平均值。