1、第五章 交变电流 第一节 交变电流,【演示】手摇发电机,观察二极管的发光情况,概念:,1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流（AC）,2.直流电:方向不随时间变化的电流（DC）,恒定电流:大小和方向不随时间变化的电流,问题:观察下列几个电流与时间的图象,判断哪些 是交变电流?,（1）（2）（5）,转子,定子,模 型,交流电的的产生(以AB边为例),丙,乙,丁,甲,无,有，B到A,无,有, A到B,在旋转的过程中，电流方向发生改变,（1）当BS时，,最大,电流计无示数I=0，E=0,这个位置称为“中性面”。,二、交变电流的产生,线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面,线圈经过中性
2、面特点：,最大；线圈中的E=0；电流方向改变。,二、交变电流的产生,（2）当BS时，,=0,电流计示数最大，I感 最大，E最大；感应电流方向A到B。,线圈与磁场平行时，最小，但线圈中的电动势E最大,设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O,1、线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?,2、线圈转到什么位置时磁通量最大?这时感应电动势是最大还是最小?,3、线圈转到什么位置时磁通量最小?这时感应电动势是最大还是最小?,思考与讨论,a(b),c(d),O,2次,2次，每经过一次中性面，电流方向改变一次。,中性面（BS),
3、此时E=0，最小。,BS时最小。此时E最大。,令,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）,三、交变电流的变化规律,以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）,a(b),c(d),瞬时值,峰值,(=t ),问题:若有n匝线框在匀速转动,整个线框的总电阻为r,外电阻为R,则通过电阻的电流和电阻两端的电压分别是多少?,（1）电动势按正弦规律变化,（2）电流按正弦规律变化,（3）电路上的电压按正弦规律变化,电流 通过R时：,三、交变电流的变化规律,成立条件： 转轴垂直匀强磁场，经中性面时（BS）开始计时.,（1）电动势按余弦规律变化,三、交
4、变电流的变化规律,成立条件：,转轴垂直匀强磁场，经垂直于中性面（BS）时开始计时。,（2）电流按余弦规律变化,（3）电路上的电压按余弦规律变化,通过分析可知：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，可以得到按正弦规律变化的交变电流,这种交变电流叫做正弦式交变电流,简称正弦式电流.在目前的电力系统中应用的大多是正弦式电流.,从中性面开始计时，规定I感正方向为 BADCB,例1 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示可知（ ）A、在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置 B、在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大 C、在B时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度 D、若从B时刻到D
5、时刻经过0.01s，则在1s内交变电流的方向改变100次,ACD,T=00.2s ； t=1s=50T 一周电流改变2次,例2 一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并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的变化如图所示。下面说法中正确的（ ） At1时刻通过线圈的磁通量为零 Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大,D,t1, t3, t5 为中性面。,本节课小结:,2、正弦式交变电流的规律:(从中性面开始计时),3、中性面的特点：,1、交变电流:,大小和方向都随时间做周期性的变化,磁通
6、量最大为m；e=0；电流方向改变。,峰值,作业： 问题与练习 1-5 成才之路本节第1 页,2、如图，匀强磁场的磁感应强度B=2T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO匀速转动，转速n=50 r/s。已知 ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=12，试求： （1）线圈中感应电动势和感应电流的最大值； （2）t=0时线圈平面与磁感线垂直，当t=30时，线圈中感应电动势和感应电流的瞬时值各是多大？,【例2】 如图,匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO匀速转动，角速度=200 rad/s。已知ab=0.1 m，bc=0.2 m.线圈的总电阻R=1
7、2 （1）感应电动势和感应电流的最大值. （2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；,Im=Em/R=4A,交流发电机简介,（1）发电机的基本组成： 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极 （2）发电机的基本种类 旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动） 旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）,无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子,回顾解释【演示1】中小灯泡为什么会闪亮?,一个周期中闪亮几次?,思考：若线框从垂直中性面开始计时，在t时刻线圈中的感应电动势？并画出图象。,e=nBscost=Emcost,Em,类比延伸,如图所示， ABC
8、是由均匀细导线制成面积为S的等边三角形线框，它以 AC 为转轴，在磁感应强度为 B 的恒定的匀强磁场中以恒定的角速度转动（俯视为逆时针旋转）, 磁场方向与 AC 垂直指向纸内请写出从这一时间开始计时,感应电动势随时间变化的关系式.,e=nBSsint,（n=1）,思考：通过线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴旋转切割产生的电动势与线圈的形状是否有关？,作业：,1、课下阅读“科学漫步”了解有关交流发电机的知识。 2、书面完成P33“问题与练习”第3、4、5题。,中性面的概念,问题1,最大,问题2:整个单匝线框在与中性面垂直位置时产生的感应电动势是多大?,v3,v4,e=Eab+Ecd=BL1v3+BL1v4=BL1L2=Bs,思考:磁通量是多大?,中性面,A(B),AB, CD均不切割磁感线, 故电流为0,中性面,问题3,v5,v6,中性面,e=Eab+Ecd=BL1L2=Bs,问题4,(=t ),e =BL1 Vy+BL1 Vy =2BL1 Vsin wt=2 BL1 wL2/2 sin wt=BWL1L2 sin wt= BWS sin wt,以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）,
