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高一物理交变电流1


5.1 交 变 电 流

直流电(DC) 电流方向不随时间而改变

一、交变电流
按下图所示进行实验演示

交变电流(AC)
? 交变电流(交流):大小和方向都随 时间做周期性变化的电流.

交流发电机模型的原理简图

二、交变电流的产生
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴匀速转动

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.

(甲 )

没有边切割磁感应线

B⊥S, Φ最大, E=0 , I=0 中性面

(乙 )

a(b)、d(c)边垂直 切割磁感应线,

B∥S,φ=0,E最大,I最大, 感应电流方向b到a

(丙 )

B⊥S, Φ最大, E=0 , I=0 中性面

B∥S,φ=0,E最大,I最大, 感应电流方向a到b

? 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,如图所 示,ab和cd边垂直于纸面,转轴为O. 回答问题:
1、线圈转动一周,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?
4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。

1.中性面:线圈平面与磁感线垂直的 位置叫做中性面. (1)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( ab 和cd 边都不切割磁感线), 线圈中的电动势为零. (2)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.

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 )

L v ?? 2

e ? 2 NBLv sin ?t
所以 e

? NB? L sin ? t
2

令 E m ? NB? L2=NB ωS

则有 e ?

E m sin ?t

e为电动势在时刻t的瞬时值, Em为电动势的最大值(峰值).

(1)电动势按正弦规律变化

e ? E m sin ?t

? 成立条件:转轴垂直匀强磁场,经中性 面时开始计时.
(2)电流按正弦规律变化

i ? I m sin ?t

(3)电路上的电压按正弦规 律变化

u ? U m sin ?t

电流 i ? I m sin ? t 通过R时:

u ? iR , U m ? I m R.

四、交流电的图像
b

c d

c
b K L B A d L

c

b a a

b

b

c

a

d

k
L

k A

c K L B A d L

a

d

A

k B

A

B

a

B

五、交变电流的种类
(1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲

小结
1、交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 2、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 3、交变电流的变化规律: (1)方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次, 感应电流的方向就改变一次;线圈转动一周,感应电 流的方向改变两次。 (2)大小变化规律-------按正弦规律变化:

e=Emsinωt
i=Imsinωt

Em=NBSω叫电动势的最大值
Im=Em/R叫电流的最大值

u=Umsinωt

Um=ImR叫电压的最大值

1、交变电流: 大小 和 方向 都随时间 做 周期性变化 的电流叫做交变电流. 电压和电流随时间按 正弦规律 变化的 交流电叫正弦交流电. 2、交流电的产生:矩形线圈在匀强磁场中绕 垂直于磁场方向的中心轴匀速旋转时,线圈 中就会产生 感应电流 . 3、当线圈平面垂直于磁感线时,线圈各边都 不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这样 的 位 置 叫 做 中性面 . 线 圈 平 面 每 经 过 中性面一次,感应电流方向就改变一次,因 此线圈转动一周,感应电流方向改 变 两次 .

4、线圈从中性面开始转动,角速度是,
线圈中的感应电动势的峰值是Em,那么在

任一时刻t感应电动势的瞬时值e
为 为

e= Emsinω t

.若线圈电阻为R,

则 感 应 电 流 的 瞬 时 值 I

i= (Em/R)· sinω t . e
Em
0

t

-Em

1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈ab 边长为20cm,ad边长为10cm,磁感应强度 B=0.01T,线圈的转速n=50r/s,求:电动势 的最大值及对应的线圈位置。
0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。

2. 如图所示:匝数为N、面积 为S的矩形线圈在匀强磁场B中 匀速转动,角速度为ω,求线 ω 圈从图示位置转过180度时间 内的平均感应电动势。
. .E .
平均 =

S ω/π 2NB

交流发电机简介

5、交流发电机有两种,即 旋转磁极式

和 旋转电枢式.其中转动的部分叫 转子 ,
不动的部分叫 定子 .发电机转子是



水轮机

、 蒸汽轮机

或其它动力

机带动.

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