交變電流第一節(jié)

1、交變電流第一節(jié)第1頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第2頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日知識(shí)導(dǎo)航本章研究的交變電流知識(shí)，有著廣泛的應(yīng)用，與生產(chǎn)和生活實(shí)際有著密切的聯(lián)系交變電流的產(chǎn)生及其描述方法，交變電流的基本規(guī)律及其應(yīng)用變壓器、電能的輸送等知識(shí)是前面所學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用，有綜合性，又能廣泛聯(lián)系實(shí)際，對(duì)于開闊思路、提高思維能力是非常有益的第3頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日交變電流的變化規(guī)律和描述交變電流特征的物理量是交變電流的基本知識(shí)，是這一部分的核心內(nèi)容交變電流的產(chǎn)生是根據(jù)電磁感應(yīng)知識(shí)引伸而來，起了承前啟后的作用變壓器是對(duì)交

2、變電流知識(shí)和前面知識(shí)的擴(kuò)展和應(yīng)用，又為后續(xù)將要學(xué)習(xí)的電磁振蕩和電磁波等知識(shí)奠定了重要的基礎(chǔ)第4頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日本章可分為三個(gè)單元：第一單元(第1、2節(jié))講授交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律；講授表征交變電流的物理量第二單元(第3節(jié))講授電感和電容對(duì)交變電流的影響第三單元(第4、5節(jié))講授變壓器的工作原理和遠(yuǎn)距離輸電本章的重點(diǎn)是交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律和變壓器的工作原理，難點(diǎn)是正弦交流電的描述及變壓器的實(shí)際應(yīng)用第5頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日學(xué)法指導(dǎo)為了學(xué)好本章知識(shí)，首先要聯(lián)系前面所學(xué)的電磁感應(yīng)的有關(guān)知識(shí)，理解交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律其次要

3、比較交流電與直流電通過電阻、電感、電容器等元件所表現(xiàn)出來的性質(zhì)和特點(diǎn)最后要聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，聯(lián)系現(xiàn)代科技成果，輸電工程屬于知識(shí)密集型工程，在學(xué)習(xí)的過程中，要注意理論聯(lián)系實(shí)際，要善于知識(shí)的遷移、綜合和應(yīng)用第6頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日考綱須知考點(diǎn)內(nèi)容要求1.交變電流、交變電流的圖象2.正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值3.理想變壓器4.遠(yuǎn)距離輸電第7頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第8頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第9頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日知道什么是交變電流掌握交變電流的產(chǎn)生及變

4、化規(guī)律理解正弦交流電的圖象及表達(dá)式第10頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第11頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日我們的日常生活離不開電，城市的燈火輝煌、工廠里的機(jī)器轟鳴，一切都離不開電(如圖所示是實(shí)驗(yàn)室手搖發(fā)電機(jī))長江三峽水力發(fā)電站已投入生產(chǎn)，各地火力發(fā)電廠比比皆是，它們的共同之處就是生產(chǎn)和輸送的大多都是交變電流什么是交變電流？與直流電流有什么不同？它又是如何產(chǎn)生的呢？第12頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第13頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日1大小和方向都_，這樣的電流叫做交變電流，例如家庭電路中的

5、電流2下圖是交流發(fā)電機(jī)的示意圖為了觀察清楚，圖中只畫出了一匝線圈，它的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在滑環(huán)L上；兩個(gè)滑環(huán)通過金屬片做的電刷A、B和外電路相連線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)我們觀察ab這段導(dǎo)線根據(jù)右手定則可以判斷，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙的位置時(shí)，電流_流動(dòng)，而當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖丁的位置時(shí)，則_流動(dòng)；在圖丙和圖戊的位置，因?yàn)開，電路中沒有感應(yīng)電流線圈在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，電路中電流的方向也就_交變電流就是這樣產(chǎn)生的第14頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第15頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日3對(duì)正弦式交變電流，線圈的電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式e_；用電器兩端的電壓瞬時(shí)值表達(dá)式

6、u_；流過用電器的電流瞬時(shí)值表達(dá)式i_.答案：1.隨時(shí)間做周期性變化的電流2由a向b；由b向a；導(dǎo)線ab的運(yùn)動(dòng)方向和磁感線平行；不斷改變3Emsint；Umsint；Imsint第16頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第17頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(1)交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流(AC)說明：方向不變的電流叫直流電(DC)大小不變方向改變的電流也是交變電流第18頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日如下圖所示圖象中屬于交流電的有 ()答案：ABC解析：圖A、B、C中e的方向均發(fā)生

7、了變化，故它們屬于交流電正確答案為A、B、C.第19頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日點(diǎn)評(píng)：判斷電流為交變電流還是直流電就看方向是否變化如D選項(xiàng)，盡管大小隨時(shí)間變化的圖象與A相似，但因其方向不變，仍是直流電.第20頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(1)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡稱正弦式電流，是一種最簡單又是最基本的交變電流(2)產(chǎn)生原理：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生大小和方向均隨時(shí)間作周期性變化的電動(dòng)勢，即交變電動(dòng)勢，如圖所示第21頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(3)中

8、性面：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到其平面與磁感線垂直的位置時(shí)，線圈所在的平面叫做中性面線圈位于中性面時(shí)，線圈中的各個(gè)邊均不切割磁感線，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流的瞬時(shí)值均為零線圈每次通過中性面時(shí)，其內(nèi)部的電流方向就要發(fā)生改變線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過中性面兩次，感應(yīng)電流的方向改變兩次第22頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(4)我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活使用的交變電流(即市電)都是正弦式電流第23頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日特別提醒：（1）在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，磁通量最大時(shí)，磁通量變化率恰好為零；磁通量為零時(shí)，磁通量變化率恰好最大.（2）感應(yīng)電

9、動(dòng)勢的大小由磁通量變化率決定，與磁通量的大小沒有直接關(guān)系.第24頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日下圖中哪些情況線圈中產(chǎn)生了交流電 ()第25頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日答案：BCD解析：緊扣正弦交流電產(chǎn)生的條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對(duì)線圈的形狀沒有特別要求.第26頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(1)函數(shù)形式：電動(dòng)勢瞬時(shí)值eEmsint；電壓的瞬時(shí)值uUmsint；電流的瞬時(shí)值iImsint；(2)圖象形式：用正弦(或余弦)曲線表示交變電流隨時(shí)間的變化規(guī)律，如下圖所示第27頁，共54頁，2022年，5月20日，8

10、點(diǎn)53分，星期日(3)特點(diǎn)分析：第28頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的平均電動(dòng)勢如何求？答案：線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中某一段時(shí)間內(nèi)或從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的過程中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢，稱為平均電動(dòng)勢，它不等于始、末兩時(shí)刻瞬時(shí)值的平均值，必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算，即 同理，計(jì)算交變電流在某段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，也必須用平均值，即 第29頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第30頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日 如圖所示，虛線OO的左邊存在著方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，右邊沒有磁場單匝矩形線圈abcd的對(duì)稱軸恰與

11、磁場右邊界重合，線圈平面與磁場垂直線圈沿圖示方向繞OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(即ab邊先向紙外、cd邊先向紙里轉(zhuǎn)動(dòng))，規(guī)定沿abcda方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向若從圖示位置開始計(jì)時(shí)，下列四個(gè)圖象中能正確表示線圈內(nèi)感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的是()第31頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第32頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日解析： ab一側(cè)的線框在磁場中繞OO轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦交變電流，由楞次定律得電流方向?yàn)閐cba且越來越大； ，ab一側(cè)線框在磁場外，而dc一側(cè)線框又進(jìn)入磁場，產(chǎn)生交變電流，電流方向?yàn)閐cba且越來越小，以此類推，可知it圖象為B.答案：B 第3

12、3頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日如圖所示，一面積為S的單匝矩形線圈處于有界磁場中，能使線圈中產(chǎn)生交變電流的是 ()第34頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日A將線圈水平向右勻速拉出磁場B使線圈以O(shè)O為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)C使線圈以ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)D磁場以BB0sint規(guī)律變化答案：BCD解析：將線圈向右拉出磁場時(shí)，線圈中電流方向不變，A錯(cuò)，B、C兩種情況下產(chǎn)生交變電流，只是在C情況下當(dāng)線圈全部位于磁場外的一段時(shí)間內(nèi)線圈內(nèi)沒有電流，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知D種情況下產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的電流，B、C、D對(duì).第35頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，

13、星期日 如下圖(a)所示，“匚”形金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌上跨接一金屬棒ab，與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，并能在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)在導(dǎo)軌左側(cè)與ab平行放置的導(dǎo)線cd中通以下圖(b)所示的交變電流，規(guī)定電流方向自c向d為正，則ab棒受到向左的安培力的時(shí)間是 ()第36頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日A0t1Bt1t2Ct2t3 Dt3t4解析：0t1時(shí)間內(nèi)，電流i由cd且逐漸增大，由安培定則及楞次定律可判定：閉合回路中的磁場方向垂直紙面向里，金屬棒ab中的電流方向由ab，再由左手定則可判定，此時(shí)ab棒所受安培力向左選項(xiàng)A正確同理可判斷出t1t2時(shí)間內(nèi)，t3t4時(shí)間內(nèi)ab棒所受安培力向右

14、，t2t3時(shí)間內(nèi)ab棒所受安培力向左答案：AC第37頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日點(diǎn)評(píng)：本題是安培定則、楞次定律及左手定則與交流電變化規(guī)律的綜合判斷題分析時(shí)從cd中電流的變化規(guī)律出發(fā)，對(duì)各時(shí)間段內(nèi)的電流變化引起的磁通量變化、感應(yīng)電流的產(chǎn)生、電流在磁場中的受力方向逐一做出判斷第38頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(2010南京六中高二期中)一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t變化如圖所示，下面說法正確的是 ()第39頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日At1時(shí)刻通過線圈的磁通量

15、為零Bt2時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大Ct3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大D每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量絕對(duì)值都為最大第40頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日答案：D解析：t1、t3時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e0，故為線圈通過中性面的時(shí)刻，此時(shí)線圈的磁通量應(yīng)為最大，磁通量的變化率為零故A、C不正確t2時(shí)刻eEm，應(yīng)為線圈平面轉(zhuǎn)至與磁感線平行時(shí)刻，磁通量為零，磁通量的變化率最大，B也不正確每當(dāng)e變換方向時(shí)，也就是線圈通過中性面的時(shí)刻，通過線圈的磁通量絕對(duì)值最大，D正確.第41頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日如圖所示，勻強(qiáng)磁場B0.1T，

16、所用矩形線圈的匝數(shù)N100，邊長ab0.2m，bc0.5m，以角速度100rad/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：第42頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小解析：(1)解法一：線圈經(jīng)過時(shí)間t轉(zhuǎn)過角度t，這時(shí)bc和da邊不切割磁感線，ab和cd邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢eabecdNBabvsint第43頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日第44頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日答案：(1)e314sin100tV(2)200V點(diǎn)評(píng)：解決此類題目首先要搞清正弦式電流產(chǎn)生的原理，其次要

17、搞清題意：第(1)問沒有給出時(shí)間，即要求寫出感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系；第(2)問要理解平均電動(dòng)勢既不是最大電動(dòng)勢值的一半，也不是等于歷時(shí)一半時(shí)間的瞬時(shí)電動(dòng)勢，必須由法拉第電磁感應(yīng)定律求解第45頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日有一10匝正方形線框，邊長為20cm，線框總電阻為1，線框繞OO軸以10rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T.問：第46頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日(1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動(dòng)勢最大值、電流最大值分別是多少？(2)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值是多大

18、？(3)寫出感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的表達(dá)式第47頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日解析：(1)交變電流電動(dòng)勢最大值為EmnBS100.50.2210V6.28V，電流的最大值為ImEm/R6.28/1A6.28A.(2)線框轉(zhuǎn)過60時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢EEmsin605.44V.(3)由于線框轉(zhuǎn)動(dòng)是從中性面開始計(jì)時(shí)的，所以瞬時(shí)值表達(dá)式為eEmsint6.28sin10tV.第48頁，共54頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)53分，星期日磁鐵在電器中有廣泛的應(yīng)用，如發(fā)電機(jī)，如圖所示，已知一臺(tái)單相發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線框共有N匝，線框長為L1，寬為L2，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為，磁極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.導(dǎo)出發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)電動(dòng)勢E的表達(dá)式現(xiàn)在知道有一種強(qiáng)永磁材料釹鐵硼，用它制成發(fā)電