交变电流的产生
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课件23张PPT。高士中学
制作人：余绵绵5-1交变电流当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生．试导出瞬时电动势 e 的表达式。一、正弦式电流的产生和规律养成良好习惯：
(1)、建模，对物理量作必要说明
(2)、利用已知规律推导
(3)、对结果进行说明 如何规范地推导物理规律？
1.正弦式电流的产生 中性面开始计时：
e=Em sinωt＝ NBSω sin2πft
电动势随时间按正弦规律变化。垂直于中性面开始计时： e=Em cosωt （Em 意义？由什么决定？公式）Em=NBSω2.中性面应注意：
①中性面在垂直于磁场位置．
②线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大．
③线圈平面通过中性面时感应电动势为零．
④线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次． 3.图象表示：4.交流发电机: （1）发电机的基本组成： ①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极
（2）发电机的基本种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机 转动的部分叫转子，不动的部分叫定子一些其它交变电流交变电流的特点：方向随时间变化2、描述交变电流的大小：
最大值：Em、Im、Um
瞬时值：e、i、u
有效值: E、I、U1、描述交变电流变化快慢：T、 f、 n、ω二、交变电流的描述 物理量都有约定的表示法，千万不要混用！1、瞬时值：它是反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦式电流瞬时值表达式为正弦函数时,应当注意必须从中性面开始。 e=NBSω sinωt【例1】有一正弦式电流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(练一练：8）思考：氖管是否发光取决于瞬时值。
保险丝是否熔断取决于瞬时值还是有效值？电容器是否击穿看什么？辉光电压2、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例2】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？变化:若有一电解电容器耐压为314V,能否接在220V的交变电流中.3、有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。图象1为10A的直流电，图象2表示最大值为20A的交流电，让它们通过相同的电阻R，在相同的时间内产生的热量相等吗？（1）：为什么要引入“有效值” ?如何定义有效值？（2）：我国照明电路电压Um 、 U 、 u 、 T 、 f、 n？对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。
1、通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.2、用电器铭牌上所标电压、电流值也是指有效值.3、在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。4、题目中没有特殊说明的也为有效值
练习：测一测 12正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：3、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值可用法拉第电磁感应定律 【例4】如图所示，两平行导轨与水平面间的倾角为，电阻不计，间距L＝0.3m，长度足够长，导轨处于磁感应强度B＝1T，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.导轨两端各接一个阻值为R0＝2Ω电阻，另一横跨在导轨间的金属棒质量m＝1kg，电阻r＝1Ω棒与导轨间的滑动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒以平行于导轨的向上初速度υ0＝10m/s上滑，直至上升到最高点过程中，通过上端电阻电量＝0.1C（g取10m/s2），求上端电阻R0产生的焦耳热？【例5】交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为＿＿V。【例6】 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。【例7】 交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：
(1)从如图所示位置开始记时电动势的瞬时值表达式
(2)电流表和电压表的读数
(3)通过R的电荷量q为多少
(4)R上产生电热QR为多少？
(5)外力做的功W为多少？ 例8 左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为
A.110V B.156V
C.220V D.311V “等效法”是一种物理学重要的思维方法，交流电的“有效值”就是等效为相应的直流电。练习1：阻值为R的电阻接在电动势E=10V，内电阻r=R的直流电源两端，此时电阻R上的电功率为P。
A、若将电阻接在直流电源上，电阻两端电压为10V，则其功率为2P。
B、若将电阻接在直流电源上，电阻两端电压为20V，则其功率为16P。
C、若将电阻接在正弦交流电源上，电阻两端电压最大值为10V，则其功率为2P。
D、若将电阻接在正弦交流电源上，电阻两端电压电大值为20V，则其功率为4P 练习3：如图所示，共n匝、阻值为r、边长为L的正方形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动，转动的角速度为ω。开始计时的时刻，线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙）中的 练习2：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁力线的轴匀速转动，若图所示为穿过线圈的磁通量随时间的变化图线，则下面说法正确的是：
A．t=0时，线圈平面与中性面垂直
B．t=0.01s时刻，磁通量的变化率最大
C．t=0.02s时刻，线圈产生的电动势达到最大
D．t=0.03s时刻，线圈产生的电动势为零4. 线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生的交变电流如图所示，则（ ）
A．在A和C时刻线圈平面和磁场垂直
B．在B和时刻线圈中的磁通量为零
C．从A时刻到B时刻线圈转动的角度为πrad
D．若从O时刻到D时刻经历的时间为0.02s ，则该交变电流在1.0s的时间内方向会改变100次
谢谢光临
再见！
制作人：余绵绵5-1交变电流当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生．试导出瞬时电动势 e 的表达式。一、正弦式电流的产生和规律养成良好习惯：
(1)、建模，对物理量作必要说明
(2)、利用已知规律推导
(3)、对结果进行说明 如何规范地推导物理规律？
1.正弦式电流的产生 中性面开始计时：
e=Em sinωt＝ NBSω sin2πft
电动势随时间按正弦规律变化。垂直于中性面开始计时： e=Em cosωt （Em 意义？由什么决定？公式）Em=NBSω2.中性面应注意：
①中性面在垂直于磁场位置．
②线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大．
③线圈平面通过中性面时感应电动势为零．
④线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次． 3.图象表示：4.交流发电机: （1）发电机的基本组成： ①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极
（2）发电机的基本种类 ①旋转电枢式发电机 ②旋转磁极式发电机 转动的部分叫转子，不动的部分叫定子一些其它交变电流交变电流的特点：方向随时间变化2、描述交变电流的大小：
最大值：Em、Im、Um
瞬时值：e、i、u
有效值: E、I、U1、描述交变电流变化快慢：T、 f、 n、ω二、交变电流的描述 物理量都有约定的表示法，千万不要混用！1、瞬时值：它是反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦式电流瞬时值表达式为正弦函数时,应当注意必须从中性面开始。 e=NBSω sinωt【例1】有一正弦式电流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(练一练：8）思考：氖管是否发光取决于瞬时值。
保险丝是否熔断取决于瞬时值还是有效值？电容器是否击穿看什么？辉光电压2、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例2】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？变化:若有一电解电容器耐压为314V,能否接在220V的交变电流中.3、有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。图象1为10A的直流电，图象2表示最大值为20A的交流电，让它们通过相同的电阻R，在相同的时间内产生的热量相等吗？（1）：为什么要引入“有效值” ?如何定义有效值？（2）：我国照明电路电压Um 、 U 、 u 、 T 、 f、 n？对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。
1、通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.2、用电器铭牌上所标电压、电流值也是指有效值.3、在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。4、题目中没有特殊说明的也为有效值
练习：测一测 12正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：3、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.其量值可用法拉第电磁感应定律 【例4】如图所示，两平行导轨与水平面间的倾角为，电阻不计，间距L＝0.3m，长度足够长，导轨处于磁感应强度B＝1T，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.导轨两端各接一个阻值为R0＝2Ω电阻，另一横跨在导轨间的金属棒质量m＝1kg，电阻r＝1Ω棒与导轨间的滑动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒以平行于导轨的向上初速度υ0＝10m/s上滑，直至上升到最高点过程中，通过上端电阻电量＝0.1C（g取10m/s2），求上端电阻R0产生的焦耳热？【例5】交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为＿＿V。【例6】 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。【例7】 交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：
(1)从如图所示位置开始记时电动势的瞬时值表达式
(2)电流表和电压表的读数
(3)通过R的电荷量q为多少
(4)R上产生电热QR为多少？
(5)外力做的功W为多少？ 例8 左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为
A.110V B.156V
C.220V D.311V “等效法”是一种物理学重要的思维方法，交流电的“有效值”就是等效为相应的直流电。练习1：阻值为R的电阻接在电动势E=10V，内电阻r=R的直流电源两端，此时电阻R上的电功率为P。
A、若将电阻接在直流电源上，电阻两端电压为10V，则其功率为2P。
B、若将电阻接在直流电源上，电阻两端电压为20V，则其功率为16P。
C、若将电阻接在正弦交流电源上，电阻两端电压最大值为10V，则其功率为2P。
D、若将电阻接在正弦交流电源上，电阻两端电压电大值为20V，则其功率为4P 练习3：如图所示，共n匝、阻值为r、边长为L的正方形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动，转动的角速度为ω。开始计时的时刻，线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙）中的 练习2：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁力线的轴匀速转动，若图所示为穿过线圈的磁通量随时间的变化图线，则下面说法正确的是：
A．t=0时，线圈平面与中性面垂直
B．t=0.01s时刻，磁通量的变化率最大
C．t=0.02s时刻，线圈产生的电动势达到最大
D．t=0.03s时刻，线圈产生的电动势为零4. 线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生的交变电流如图所示，则（ ）
A．在A和C时刻线圈平面和磁场垂直
B．在B和时刻线圈中的磁通量为零
C．从A时刻到B时刻线圈转动的角度为πrad
D．若从O时刻到D时刻经历的时间为0.02s ，则该交变电流在1.0s的时间内方向会改变100次
谢谢光临
再见！