1、3.2 3.2 交變電流是怎樣產生的交變電流是怎樣產生的一、交流發(fā)電機一、交流發(fā)電機 用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞）用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞） 用來產生磁場的磁極用來產生磁場的磁極（基本組成）（基本組成）交流發(fā)電機模型的原理簡圖交流發(fā)電機模型的原理簡圖（基本種類）（基本種類） 旋轉旋轉電樞式電樞式發(fā)電機發(fā)電機(圖圖a) 旋轉旋轉磁極式磁極式發(fā)電機發(fā)電機(圖圖b) (無論哪種發(fā)電機，轉動的部分叫無論哪種發(fā)電機，轉動的部分叫轉子轉子，不動的部，不動的部分叫分叫定子定子。) 區(qū)別：前者，感應電動勢不能很高；區(qū)別：前者，感應電動勢不能很高； 后者，能克服上述缺點，提供很高的電壓。后者，能克

2、服上述缺點，提供很高的電壓。二、交變電流的產生原理二、交變電流的產生原理矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動2閉合的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速閉合的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動時，產生交變電流，但這不是產生交流的唯轉動時，產生交變電流，但這不是產生交流的唯一方式（如一方式（如:旋轉磁極式發(fā)電機）旋轉磁極式發(fā)電機）1交變電流：大小和方向都隨交變電流：大小和方向都隨時間作周期變化的電流，叫時間作周期變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流做交變電流，簡稱交流 為了能更方便地說明問題，我們將立體圖轉為了能更方便地說明問題，我們將立體

3、圖轉化為平面圖來分析化為平面圖來分析. . 特點特點: : BS BS， 最大，最大， E=0 , I=0E=0 , I=0 中性面中性面沒有邊切割磁感應線沒有邊切割磁感應線(甲甲) abcd特點特點:BS:BS，=0=0，E E最大，最大，I I最最 大，感應電流方向大，感應電流方向d-c-b-a-dd-c-b-a-d(乙乙)a a（b b）、）、d d（c c）邊垂直）邊垂直切割磁感應線，切割磁感應線，abcd特點特點: :BSBS， 最大，最大， E=0 , I=0E=0 , I=0 中性面中性面沒有邊切割磁感應線沒有邊切割磁感應線(丙丙)abcd特點特點: :BSBS，=0=0，E E

4、最大，最大，I I最最 大，感應電流方向大，感應電流方向a-b-c-d-aa-b-c-d-aa a（b b）、）、d d（c c）邊垂直）邊垂直切割磁感應線，切割磁感應線，(丁丁)abcd開始新的周期開始新的周期(戊戊) abcd1 1、線圈轉動一周，電流方向改變多少次？、線圈轉動一周，電流方向改變多少次？2 2、線圈轉到什么位置時磁通量最大？這時感應電動勢、線圈轉到什么位置時磁通量最大？這時感應電動勢是最大還是最小？是最大還是最小？3 3、線圈轉到什么位置時磁通量最小？這時感應電動勢、線圈轉到什么位置時磁通量最小？這時感應電動勢是最大還是最小？是最大還是最小？回答問題：回答問題： 1 1中性

5、面中性面：線圈平面與磁感線：線圈平面與磁感線垂直垂直的位置叫做的位置叫做中性面中性面 （1 1）線圈經過中性面時，穿過線圈的）線圈經過中性面時，穿過線圈的磁通磁通量最大量最大，但磁通量的，但磁通量的變化率為零變化率為零（ abab和和cdcd邊邊都都不不切割磁感線），線圈中的切割磁感線），線圈中的電動勢為零電動勢為零 （2 2）線圈經過中性面時，電流將）線圈經過中性面時，電流將改變方向改變方向，線圈轉動一周，線圈轉動一周，兩次兩次經過中性面，電流方向改經過中性面，電流方向改變變兩次兩次4 4、試推導感應電動勢大小的變化規(guī)律公式。、試推導感應電動勢大小的變化規(guī)律公式。三交變電流的變化規(guī)律三交變電

6、流的變化規(guī)律 以線圈經過中性面開始計時，在時刻以線圈經過中性面開始計時，在時刻t t線圈中的線圈中的感應電動勢（感應電動勢（abab和和cdcd邊切割磁感線邊切割磁感線 ）tNBLvesin22/LvtLNBesin2所以所以2LNBEm當tt= =/2/2時時則有 tEemsine e為電動勢在時刻為電動勢在時刻t t的瞬時值，的瞬時值，E Emm為電動勢的最大值（峰值）為電動勢的最大值（峰值）. .=NB S 成立條件：成立條件：轉軸垂直勻強磁場，經中性面轉軸垂直勻強磁場，經中性面時開始計時時開始計時 （1 1）電動勢按正弦規(guī)律變化）電動勢按正弦規(guī)律變化tEemsin（2 2）電流按正弦規(guī)

7、律變化）電流按正弦規(guī)律變化 tIimsin（3 3）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化 tUumsin 電流通過電流通過R R時：時： tIimsin.RIUiRumm，(正弦交變電流的圖象正弦交變電流的圖象)eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdK LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB小結：小結：1 1、交流發(fā)電機有兩種，即、交流發(fā)電機有兩種，即 和和 其其中轉動的部分叫中轉動的部分叫 ，不動的部分叫，不動的部分叫 。2 2、正弦交變電流的變化規(guī)律：、正弦交變電流的變化規(guī)律：

8、（1 1）方向變化規(guī)律方向變化規(guī)律-當線圈平面垂直于磁感線時，線當線圈平面垂直于磁感線時，線圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應電流，這樣的圈各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應電流，這樣的位置叫做位置叫做線圈平面每經過中性面一次，感應線圈平面每經過中性面一次，感應電流方向就改變一次，因此線圈轉動一周，感應電流方電流方向就改變一次，因此線圈轉動一周，感應電流方向改變向改變（2 2）大小變化規(guī)律）大小變化規(guī)律-按按正弦規(guī)律正弦規(guī)律變化：變化： e=Ee=Em msint Esint Em m=NBS=NBS叫電動勢的最大值叫電動勢的最大值 i i= =I Im msint Isint Im m=E

9、=Em m/R /R 叫電流的最大值叫電流的最大值 u=Uu=Um msint Usint Um m=I=Im mR R 叫電壓的最大值叫電壓的最大值 旋轉磁極式旋轉磁極式旋轉電樞式旋轉電樞式轉子轉子定子定子1 一個矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，產一個矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，產生的交變電動勢生的交變電動勢e=220 sin100t（V），），那么（）那么（）A該交變電流的頻率是該交變電流的頻率是100HzBB。當。當t=0時，線圈平面恰好位于中性面時，線圈平面恰好位于中性面C當當t=1100s時，時，e有最大值有最大值D該交變電流電動勢的有效值為該交變電流電動勢的有效值為220 V22B

10、AD答案(1)314sin 100t V(2)200 V(3)157 V答案BC 交變電流的產生1矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動，在線圈平面經過中性面瞬間，下列說法正確的是()A線圈平面與磁感線平行B通過線圈的磁通量最大C線圈中的感應電動勢最大D線圈中感應電動勢的方向改變解析由中性面的定義知，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，故A錯誤，B正確；導線運動的方向與磁感線平行，感應電動勢為零，在中性面前后，感應電動勢的方向改變，故C項錯誤，D項正確答案BD2交流發(fā)電機在工作時電動勢為eEmsin t，若將發(fā)電機的轉速提高一倍，同時將電樞所圍面積減小一半，其他條件不變，則電動勢為()解析發(fā)電機電動勢瞬時

11、值表達式為eEmsin t，而EmnBS，當角速度加倍而面積減半時，Em不變，故正確答案是C.答案C交變電流的規(guī)律3.有一10匝正方形線框，邊長為20 cm，線框總電阻為1 ，線框繞OO軸以10 rad/s的角速度勻速轉動，如圖3213所示，垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為0.5 T問：(1)該線框產生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分別是多少？(2)線框從圖示位置轉過60時，感應電動勢的瞬時值是多大？交變電流的圖象5.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動產生的電動勢et圖象如圖3214所示，則()At1、t3時刻線圈通過中性面Bt2、t4時刻線圈中磁通量最大Ct1、t3時刻線圈中磁通量變

12、化率最大Dt2、t4時刻線圈平面與中性面垂直解析t1、t3時刻，電動勢為零，線圈處在中性面位置，此時磁通量最大，磁通量變化率最小，A對C錯，t2、t4時刻，電動勢最大，線圈平面與中性面垂直，磁通量為零，B錯，D對答案AD練習練習:1.1.對于正弦交流電，下列說法正確的是（對于正弦交流電，下列說法正確的是（ ） A.A.線圈轉動一周，電流大小改變兩次線圈轉動一周，電流大小改變兩次 B.B.線圈轉動一周，電流大小不變線圈轉動一周，電流大小不變 C.C.線圈轉動一周，電流大小隨時改變線圈轉動一周，電流大小隨時改變 D.D.線圈轉動一周，電流大小改變四次線圈轉動一周，電流大小改變四次2.2.手搖發(fā)電機

13、轉動時，小燈泡為何一閃一閃手搖發(fā)電機轉動時，小燈泡為何一閃一閃的呢？的呢？（1）燈泡發(fā)光需要一定的電壓，當）燈泡發(fā)光需要一定的電壓，當U定定Um時，就能使燈時，就能使燈泡發(fā)光。泡發(fā)光。（2）如圖，當）如圖，當T1tT2時間內，小燈泡亮了，當時間內，小燈泡亮了，當T2tT3時時間內，小燈泡變暗了，在間內，小燈泡變暗了，在T3tT4時間內小燈泡又亮了。時間內小燈泡又亮了。（3）小燈泡在線圈轉動一軸的過程中，閃亮兩次。）小燈泡在線圈轉動一軸的過程中，閃亮兩次。這充分證明：交變電流的強度是隨時間做周期變化。這充分證明：交變電流的強度是隨時間做周期變化。 例題例題:一矩形線圈，面積為一矩形線圈，面積為s

14、，匝數為，匝數為N，在場，在場強為強為B的勻強磁場中繞著中軸的勻強磁場中繞著中軸oo做勻速轉動，角做勻速轉動，角速度為速度為，磁場方向與轉軸垂直，當線圈轉到中，磁場方向與轉軸垂直，當線圈轉到中性面開始計時，求：（性面開始計時，求：（1）線圈中感應電動勢的）線圈中感應電動勢的最大值？（最大值？（2）線圈中感應電動勢隨時間變化的）線圈中感應電動勢隨時間變化的表達式？（表達式？（3）若線圈中的電阻為）若線圈中的電阻為R，則線圈中的，則線圈中的電流的最大值為多少？（電流的最大值為多少？（4）線圈中的電流瞬時）線圈中的電流瞬時表達式？表達式？NBstNBsNeNtBstlBleetlBltBlveemabcd感應電動式的最大值匝時當線圈為對于單匝線圈解：sinsinsin2sin2sin) 1 (2121abRNBSItRNBSRim,sin)2(律根據閉合電路的歐姆定2感應電動勢峰值EmnBS的應用范圍對轉軸的要求：在線圈所在平面內