1、5.1 交变电流交变电流 直流电直流电(DC)(DC) 电流方向不随时间而改变电流方向不随时间而改变 一、交变电流一、交变电流 按下图所示进行实验按下图所示进行实验演示演示 交变电流交变电流(AC) 交变电流交变电流( (交流交流): ):大小和方向都随大小和方向都随 时间做周期性变化的电流时间做周期性变化的电流. . 交流发电机模型的原理简图交流发电机模型的原理简图 二、二、交变电流的产生交变电流的产生 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴匀速转动场的轴匀速转动 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 化为平面图来分析化为
2、平面图来分析. . (甲甲) BSBS， 最大，最大， E=0 , I=0E=0 , I=0 中性面中性面 没有边切割磁感线没有边切割磁感线 BSBS，=0 0，E E最大最大，I I最大最大， 感应电流方向感应电流方向b b到到a a (乙乙) a a（b b）、）、d d（c c）边垂直）边垂直 切割磁感应线，切割磁感应线， (丙丙) BSBS， 最大，最大， E=0 , I=0E=0 , I=0 中性面中性面 BSBS，=0 0，E E最大最大，I I最大最大， 感应电流方向感应电流方向a a到到b b 设正方形线圈的边长为设正方形线圈的边长为L L，在匀强磁场在匀强磁场B B中绕垂直于
3、磁中绕垂直于磁 场的对称轴以角速度匀速转动场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示如图所示，abab和和cdcd边边 垂直于纸面垂直于纸面，转轴为转轴为OO 1 1线圈转动一周，电流方向线圈转动一周，电流方向 改变多少次？改变多少次？ 2 2线圈转到什么位置时磁通线圈转到什么位置时磁通 量最大？这时感应电动势是量最大？这时感应电动势是 最大还是最小？最大还是最小？ 3 3线圈转到什么位置时磁通线圈转到什么位置时磁通 量最小？这时感应电动势是量最小？这时感应电动势是 最大还是最小？最大还是最小？ 回答问题：回答问题： 4 4试推导感应电动势大小的变化规律公式。试推导感应电动势大小的变化规律公式。 1
4、 1中性面中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置：线圈平面与磁感线垂直的位置 叫做中性面叫做中性面 （1 1）线圈经过线圈经过中性面中性面时时，穿过线圈的穿过线圈的磁磁 通量最大通量最大，但磁通量的变化率为零但磁通量的变化率为零（ abab和和 cdcd边都不切割磁感线边都不切割磁感线），线圈中的线圈中的电动势电动势 为零为零 （2 2）线圈经过中性面时线圈经过中性面时，电流将改变方电流将改变方 向向，线圈转动线圈转动一周一周，两次两次经过中性面经过中性面，电电 流方向改变流方向改变两次两次 三三交变电流的变化规律交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时以线圈经过中性面开始计时，在时刻在时刻t
5、 t线线 圈中的感应电动势圈中的感应电动势（abab和和cdcd边切割磁感线边切割磁感线 ） tNBLvesin2 2 L v tLNBesin 2 所以 2 LNBEm令 则有 tEe m sin e e为电动势在时刻为电动势在时刻t t的瞬时值，的瞬时值， E Em m为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值） =NB S 成立条件成立条件：转轴垂直匀强磁场转轴垂直匀强磁场，经中性经中性 面时开始计时面时开始计时 （1 1）电动势按正弦规律变化）电动势按正弦规律变化 tEe m sin （2 2）电流按正弦规律变化）电流按正弦规律变化 tIi m sin （3 3）电路上的电压按正弦
6、规）电路上的电压按正弦规 律变化律变化 tUu m sin 电流电流 通过通过R R时：时： tIi m sin .RIUiRu mm ， 四、交流电的四、交流电的图像图像 a b c d K L A B a b c d K L A B a b c d k L A B a b c d k L A B a b c d k L A B 五、交变电流的种类五、交变电流的种类 (1)(1)正弦交流电正弦交流电 (2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压 (3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲 (4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲 1 1交变电流交变电流：
7、大小和方向都随时间作周期性变化的电流。：大小和方向都随时间作周期性变化的电流。 3 3交变电流的变化规律：交变电流的变化规律： （1 1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，一次， 感应电流的感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电，感应电 流的方向改变流的方向改变两次两次。 （2 2）大小变化规律）大小变化规律-按按正弦规律正弦规律变化：变化： e=Emsint Em=NBS叫电动势的最大值叫电动势的最大值 i=Imsint Im=Em/R叫电流的最大值叫电流的最大值 u=Umsint Um=ImR叫电压的最大值叫电压的最
8、大值 小结小结 2矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 交变电流：交变电流： 和和 都随时间做都随时间做 的电的电 流叫做交变电流流叫做交变电流 电压和电流随时间按电压和电流随时间按 变化的交流电叫正变化的交流电叫正 弦交流电弦交流电 交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁交流电的产生：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 时场 方 向 的 中 心 轴 匀 速 旋 转 时 ， 线 圈 中 就 会 产线 圈 中 就 会 产 生生 当 线 圈 平 面 垂 直 于 磁 感 线 时当 线 圈 平 面 垂 直
9、 于 磁 感 线 时 ， 线 圈 各 边 都线 圈 各 边 都 不切割磁感线不切割磁感线，线圈中没有感应电流线圈中没有感应电流，这样的位置叫这样的位置叫 做做 线圈平面每经过中性面一次线圈平面每经过中性面一次，感应电流感应电流 方向就改变一次方向就改变一次，因此线圈转动一周因此线圈转动一周，感应电流方向感应电流方向 改变改变 大小大小 方向方向 周期性变化周期性变化 正弦规律正弦规律 感应电流感应电流 中性面中性面 两次两次 线圈从中性面开始转动线圈从中性面开始转动，角速度是角速度是，线圈中的线圈中的 感应电动势的峰值是感应电动势的峰值是E Em m，那么在任一时刻那么在任一时刻t t感应电动
10、感应电动 势的瞬时值势的瞬时值e e为为 若线圈电阻为若线圈电阻为 ，则感应电流的瞬时值则感应电流的瞬时值 为为 0 E Em e e - -E Em t e= Ee= Em msinsint t i i= (= (E Em m/R)/R)sinsint t 1. 1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈 abab边长为边长为20cm20cm，adad边长为边长为10cm10cm，磁感应强度，磁感应强度 B=0.01TB=0.01T，线圈的转速，线圈的转速n=50r/sn=50r/s，求：电动势的，求：电动势的 最大值及对应的线圈位置。最大值及对应的线圈位
11、置。 0.0628V 0.0628V 线圈平面与磁场方向平行。线圈平面与磁场方向平行。 2. 2. 如图所示：匝数为如图所示：匝数为N N、面积为、面积为S S 的矩形线圈在匀强磁场的矩形线圈在匀强磁场B B中匀速转中匀速转 动，角速度为动，角速度为，求线圈从图示，求线圈从图示 位置转过位置转过180180度时间内的平均感应度时间内的平均感应 电动势。电动势。 . . . . . . E E 平均 = = S S 2N2N B B / / 交流发电机简介交流发电机简介 交流发电机有两种交流发电机有两种，即即 和和 其中转动的部分叫其中转动的部分叫 ，不不 动 的 部 分 叫动 的 部 分 叫 发 电 机 转 子 是发 电 机 转 子 是 由由 、 或其它动力机或其它动力机 带动带动 旋转磁极式旋转磁极式 旋转电枢式旋转电枢式 转子转子 定子定子 水轮机水轮机 蒸汽轮机蒸汽轮机
