交流电的产生和描述.ppt

第一节交流电的产生和描述 基础知识梳理 一 交变电流的产生和变化规律1 交变电流大小和 都随时间做 变化的电流 叫做交变电流 俗称交流电 2 正弦式交变电流 如图10 1 1所示 方向 周期性 图10 1 1 为了能更方便地说明问题 我们将立体图转化为平面图来分析 2 交变电流的变化规律 设线圈平面从中性面开始转动 角速度是 经过时间t 线圈转过的角度是 t cd边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于 t ab cd宽L1 ad bc长L2 磁感应强度是B cd边中的感应电动势就是 ab边中的感应电动势跟cd边中的大小相同 而且两边又是串联的 所以 这一瞬间整个线圈感应电动势 e BL1L2 sin t BS sin t 当线圈跟外电路组成闭合回路时 设整个回路的电阻为R 则电路的感应电流的瞬时值为表达式 这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流 当交变电流通过某电阻R 根据欧姆定律 U IR 电阻两端电压也按正弦规律变化 u Umsin t 3 交流电的图像 交流电的变化规律还可以用图像来表示 我们照明电路里的电流就是由这种发电机 实际结构比这个复杂 产生的交流电 1 定义 按 变化的交变电流 2 产生 将闭合矩形线圈置于 磁场中 并绕 方向的轴做 转动 3 中性面 与磁场方向 的平面 4 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 电动势e随时间变化的规律 e 负载两端的电压u随时间变化的规律 u 正弦规律 匀强 垂直于磁场 匀速 垂直 Emsin t Umsin t 电流i随时间变化的规律 i 其中 等于线圈转动的 Em 5 正弦交变电流的图象 如图10 1 2所示 Imsin t 角速度 nBS 图10 1 2 时间 周期性变化 赫兹 Hz 2 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值 1 瞬时值 交变电流 的值 是时间的函数 2 峰值 交变电流的电流或电压所能达到的 3 有效值 让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻 使它们在相同的时间内 相等 就可以把该恒定电流I 恒定电压U的数值规定为这个交变电流的有效值 某一时刻 最大值 产生的热量 4 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I U E 5 平均值 交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值 其数值可以用 计算 三 电感和电容对交变电流的影响1 电感对恒定电流没有影响 对变化的电流有阻碍其变化的作用 对交变电流也有阻碍作用 电感对交变电流阻碍作用的大小 用感抗来表示 感抗与线圈的 和交变电流的 有关 自感系数越大 交流电的频率越高 感抗也越大 2 电容器接在交流电源上 由于电容器交替进行 和 使电路中有了电流 表明交流电能通过电容器 电容器虽能通过交变电流 但对交变电流也有影响 其大小用容抗来表示 自感系数 频率 充电 放电 容抗与电容器的 和交变电流的 都有关系 电容量 交变电流的频率 容抗越小 电容的作用是 通交流 3 低频扼流圈的自感系数 起 阻 通 作用 高频扼流圈的自感系数 起 阻 通 作用 电容 越高 越大 隔直流 大 交流 直流 小 高频 低频 频率 课堂互动讲练 一 正弦式电流的变化规律1 正弦式电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 1 一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如图10 1 3所示 下列说法中正确的是 图10 1 3 即时应用 A t1时刻通过线圈的磁通量为零B t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D 每当e变换方向时 通过线圈磁通量的绝对值都为最大 解析 选D 从e t图知 在t 0时 线圈中的感应电动势取得最大值 故此时线圈处于如图所示位置 穿过线圈的磁通量为零 但磁通量变化最快 即磁通量变化率最大 二 交流电 四值 的比较和理解1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 2 几种典型的交变电流 即时应用 满分样板13分 2011年福建调研测试 如图10 1 5所示 N 50匝的矩形线圈abcd ab边长l1 20cm ad边长l2 25cm 放在磁感应强度B 0 4T的匀强磁场中 外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO 轴以n 3000r min的转速匀速转动 线圈电阻r 1 外电路电阻R 9 t 0时 线圈平面与磁感线平行 ab边正转出纸外 cd边转入纸里 交变电流的产生及变化规律 1 在图中标出t 0时感应电流的方向 2 写出线圈感应电动势的瞬时表达式 3 线圈转一圈外力做功多大 4 从图示位置转过90 的过程中流过电阻R的电荷量是多大 解题样板 答案 1 adcba 2 e 314cos100 tV 3 98 6J 4 0 1C 如图10 1 6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 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 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 则下列四幅图中正确的是 图10 1 6 图10 1 7 思路点拨 根据图乙的位置和转动方向判断电流方向和电动势瞬时值 结合交流电的规律分析电流随角度的变化规律 解析 t 0时刻 根据题图乙表示的转动方向 由右手定则得 此时ad中电流方向为由a到d 线圈中电流方向为a d c b a 与规定的电流正方向相反 电流为负值 答案 D 规律总结 解决此类问题要把线圈在匀强磁场中的具体位置与图象上的时刻点对应好 如图10 1 8甲所示 在两根水平放置的平行金属导轨两端各接一只R 1 的电阻 导轨间距L 0 2m 导轨的电阻忽略不计 整个装置处于竖直向下的匀强磁场中 磁感应强度B 0 8T 一根电阻r 0 3 的导体棒ab置