资源简介

(共24张PPT)
第三章 交变电流与远距离输电
2.交变电流的产生
教学目标
CONTENT
01
02
03
掌握正弦式交变电流的变化规律
掌握正弦式交变电流的产生原理
掌握交流发电机的基本原理
新课引入
交变电流的大小和方向都随时间发生变化。它究竟是怎样产生的呢？
本节我们将从电流的产生原理入手，学习其变化规律。
交流发电机结构
交流发电机
一
知能提升
1.构造：
①产生感应电动势的线圈。
②产生磁场的磁体。
2.分类：
①旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。
②旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。
③转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。
迷你实验室：
用发电机产生交变电流
现象：线圈每转动一周，电流方向改变两次。
能产生大小和方向随时间做周期性变化电流的发电机，称为交流发电机。
实验演示：
观察交变电流的方向
说明：教学用发电机发出的方向作周期性变化的电流，也就是交流电。
1、在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？
3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中电流最大
4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
B⊥S
Φ最大
E=0
I=0
中性面
垂直磁场方向的平面叫做中性面。
线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零。
将立体图转化为平面图
过程分析：
B
B∥S
Φ=0
E最大
I最大
感应电流方向B到A
线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大。
A(B)
D(C)
垂直中性面
B⊥S
Φ最大
E=0
I=0
中性面
B∥S
Φ=0
E、I最大
感应电流方向C到D
v // B
v⊥B
正弦式交变电流的产生原理
二
知能提升
1.中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置。
2.线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零。
4.线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。
3.线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电动势为最大。
e
O
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
K
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
a
b
c
d
k
L
A
B
Em
正弦式交变电流的变化规律
三
如图所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.ab和cd长为l，ad和bc长为d.
经过时间t，线圈转过的角度θ=ωt
ab与cd的速度v=ω
与磁感线垂直的速度为vsin θ= ωsin ωt
vsin θ
vsin θ
ab与cd切割产生电动势叠加，根据动生电动势公式：e=2Blvsin θ= ωBldsin ωt= ωBSsin ωt
若线框有N匝： e=NωBSsin ωt
设： Em=NωBS
e=Emsin ωt
知能提升
1.电动势按正弦规律变化： e=Emsin ωt
2.电流按正弦规律变化： i=Imsin ωt
3.电路上的电压按正弦规律变化: u=Umsin ωt
电流i=Imsin ωt通过R时：u=iR,Um=ImR
成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时
Em 、 Im、Um分别是电动势、电流和电压的最大值，也叫峰值
B
在不同的时刻，e有不同的数值，称为瞬时值
4. 在只含有电阻的交流电路中，欧姆定律也适用
t
0
Um
-Um
i
t
0
Im
-Im
U
i=sin ωt =Imsin ωt
u=iR=Umsin ωt
典例精析
例1：线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是(　　)
A．磁通量和感应电动势都在变大
B．磁通量和感应电动势都在变小
C．磁通量在变小，感应电动势在变大
D．磁通量在变大，感应电动势在变小
解析：由题图可知,Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量变大,感应电动势变小
D
例2：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法中正确的是(　　)
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，交变电动势达到最大
D．该线圈产生的相应交变电动势的图像如图乙所示
解析：t=0时刻，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A错误；
t=0.01s时刻，磁通量为零，斜率最大， Φ变化率最大，B正确；
t=0.02s时刻，处于中性面位置，磁通量最大，变化率为零，电动势为零，C错误；
B
该线圈产生的交变电动势应该是正弦函数，D错误
课堂小结
一、 交流发电机
二、 正弦式交变电流的产生原理
三、 正弦式交变电流的变化规律
e=Emsin ωt
i=Imsin ωt
u=Umsin ωt
1．如图所示，面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是(　　)
解析：线圈只有在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e＝BSωsin ωt，由此判断，只有A选项符合
A
跟踪练习
2．如图所示，一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝0.5sin(20t) V，由该表达式可推知以下哪些物理量(　　)
A．匀强磁场的磁感应强度
B．线框的面积
C．穿过线框的磁通量的最大值
D．线框转动的角速度
解析：由 e＝BSωsin ωt，可得 ω＝20 rad/s
由 BSω＝0.5 可求出 BS 数值，即磁通量的最大值 Φm＝BS
CD
3．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电的图像如图所示，由图可知(　　)
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．在A时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度
D．在A和C时刻磁通量变化率绝对值最大
中性面时
磁通量最大
感应电动势为零
感应电流为零
与磁感线平行时
磁通量为零
磁通量的变化率最大
感应电动势最大
感应电流最大
D
Em＝50 V
由ω＝2πf＝100π rad/s 得f＝50 Hz
4．某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin 100πt(V)．对此电动势，下列表述正确的有(　　)
A．最大值是50 V　　　 　B．频率是100 Hz
C．有效值是25 V D．周期是0.02 s
CD
T＝1/f＝0.02 s
本节内容结束

展开更多......

收起↑