1、第五章 交變電流,1交變電流,1.交變電流的概念 知道什么是交變電流,知道它與直流的區(qū)別是什么。 2.交變電流的產(chǎn)生 能對交變電流的產(chǎn)生有比較清楚的了解,會分析線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中電動(dòng)勢和電流方向的變化,會分析線圈處于中性面或垂直于中性面時(shí)相關(guān)量的特點(diǎn)。 3.交變電流的變化規(guī)律 會用函數(shù)表達(dá)式和圖象描述交變電流,知道交變電流的峰值、瞬時(shí)值的物理意義,會用正弦式交變電流的峰值、瞬時(shí)值函數(shù)表達(dá)式分析有關(guān)問題。,1,2,3,1.交變電流 (1)交變電流(ac):方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流,簡稱交流。 (2)直流(dc):方向不隨時(shí)間變化的電流。 交變電流的大小是否一定變化?它與直流的最大

2、區(qū)別是什么? 提示:交變電流的大小不一定變化,如方波形電流;它與直流的最大區(qū)別是方向隨時(shí)間做周期性變化。,1,2,3,2.(正弦式)交變電流的產(chǎn)生過程 (1)產(chǎn)生情景 線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中就會產(chǎn)生正弦式交變電流(如圖所示)。,1,2,3,(2)過程分析,1,2,3,前面這四幅圖中,線圈在哪些位置時(shí)的感應(yīng)電流為零?線圈在哪些位置時(shí)的感應(yīng)電流最大? 提示:甲、丙。乙、丁。 (3)中性面:線圈平面與磁場垂直的位置。 結(jié)合上面交變電流的產(chǎn)生過程想一想,線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每轉(zhuǎn)一周,電流方向改變幾次? 提示:線圈每轉(zhuǎn)一周,兩次經(jīng)過中性面位置,每經(jīng)過中性

3、面位置一次,電流方向改變一次,所以線圈每轉(zhuǎn)一周,電流方向改變兩次。,1,2,3,3.(正弦式)交變電流的變化規(guī)律 (1)正弦式交變電流:按正弦規(guī)律變化的交變電流,簡稱正弦式電流。 (2)正弦式交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式(從中性面計(jì)時(shí)): i= imsin t ;u= umsin t ;e= emsin t 。 其中i、u、e分別表示電流、電壓、電動(dòng)勢的瞬時(shí)值。 im、um、em分別表示電流、電壓、電動(dòng)勢的峰值(最大值)。 (3)正弦式交變電流的圖象(如圖所示),1,2,3,(4)不同類型的交變電流(如圖所示),1,2,3,4,1.中性面、中性面的垂面位置的特性及轉(zhuǎn)動(dòng)過程中各量的變化,1,2,3,4

4、,溫馨提示在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,磁通量的變化率與感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流的變化步調(diào)一致,而與磁通量的變化步調(diào)相反。,1,2,3,4,2.正弦式交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的推導(dǎo) 如圖所示,若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng),則經(jīng)過時(shí)間t:,1,2,3,4,線圈轉(zhuǎn)過的角度為t ab邊的線速度跟磁感線方向的夾角=t ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度大小v=r= ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢eab=blabvsin = 一匝線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢e=eab+ecd=2eab=bssin t n匝線圈產(chǎn)生的總電動(dòng)勢e=nbssin t,1,2,3,4,3.正確理解正弦式交變電流的平均值,1,2,3,4,(2)不同時(shí)間內(nèi)平均值一般不同。平均值大小還和電

5、流的方向有關(guān),若一段時(shí)間內(nèi)電流的方向發(fā)生改變,則流過導(dǎo)線橫截面上的電荷量為兩個(gè)方向上的電荷量之差。平均值是和電荷量相關(guān)聯(lián)的,所以凡涉及計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面上電荷量的問題,應(yīng)利用平均值處理。,1,2,3,4,4.正弦式交變電流的圖象信息 (1)瞬時(shí)值和峰值:圖象中每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的曲線上的點(diǎn)表示這個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)值,曲線的波峰和波谷對應(yīng)的是交變電流的峰值。 (2)周期:由交變電流的圖象可得到交變電流的周期t。 (3)線圈的位置:由圖象判斷線圈的位置有兩種方法:一是可以通,1,2,3,4,(4)磁通量、磁通量的變化率和感應(yīng)電流(電壓)的極值:根據(jù)圖象,我們很容易知道感應(yīng)電流(電壓)的最大值(峰值

6、)或最小值(零),與磁通量的極值正好相反,即感應(yīng)電流(電壓)為最大值時(shí),磁通量為零;感應(yīng)電流(電壓)為零時(shí),磁通量為最大值。磁通量的變化率的極值則與感應(yīng)電流(電壓)的極值相同。,類型一,類型二,類型一 對“兩個(gè)特殊位置”的考查 【例題1】(多選)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),所產(chǎn)生的交變電流的波形如圖所示。下列說法中正確的是() a.在t1時(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 b.在t2時(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 c.在t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 d.在t4時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 點(diǎn)撥:首先根據(jù)t1、t2、t3、t4這四個(gè)時(shí)刻電流的特點(diǎn)判斷線圈所處的位置,然后判斷這四個(gè)時(shí)

7、刻 、 的特點(diǎn)。,類型一,類型二,解析:由題圖可知,t1和t3時(shí)刻,i最大,所以這兩個(gè)時(shí)刻磁通量的變化率最大,線圈處于垂直中性面的位置,穿過線圈的磁通量為0。t2和t4兩時(shí)刻i=0,即 =0 ,線圈處于中性面位置,此時(shí)穿過線圈的磁通量最大。 答案:bc 題后反思熟練掌握正弦式交變電流產(chǎn)生過程中,線圈處于中性面和垂直于中性面時(shí)相關(guān)量的特點(diǎn)是解決這類問題的關(guān)鍵。,觸類旁通(多選)若將例題1中的圖象改為-t圖象,如圖所示,則應(yīng)選擇() 答案:ad,類型一,類型二,類型二 對交變電流“瞬時(shí)值”的考查 【例題2】如圖所示,勻強(qiáng)磁場b=0.1 t,所用矩形線圈的匝數(shù) n=100,邊長ab=0.2 m,bc

8、=0.5 m,以角速度=100 rad/s繞oo軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí),試求: (1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式。,類型一,類型二,點(diǎn)撥:正弦式電流的瞬時(shí)值表達(dá)式,從中性面開始計(jì)時(shí)為e=nbssin t,將相關(guān)量代入即可求解;平均電動(dòng)勢可以由前面學(xué)習(xí)過的法拉第電磁感應(yīng)定律e= 求解。,解析:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e=nbssin t, 由題可知s=abbc=0.20.5 m2=0.1 m2 em=nbs=1000.10.1100 v=314 v 所以e=314sin 100t v。,類型一,類型二,答案:(1)e=314sin 100t v(2)200 v 題后反思(1)若從中性面開始計(jì)時(shí),交變電流的瞬時(shí)值i、e、u的表達(dá)式均是正弦形式;若從線圈與中性面垂直時(shí)開始計(jì)時(shí),則瞬時(shí)值的表達(dá)式均為余弦形式。從不同位置開始