2022-2022学年高中物理第2章交变电流与发电机1怎样产生交变电流精练含解析沪教版选修3-2.doc
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1、21怎样产生交变电流1知道交变电流是如何产生的,知道中性面的概念(重点)2知道交流发电机的结构、原理及分类3了解交变电流的规律及瞬时值表达式一、什么是交变电流1实验探究:把直流和交变电流先后输入示波器,根据示波器屏幕上观察到的图像可以看出,直流电压的大小和方向不随时间发生变化,而交变电流的电压的大小和方向都随时间发生变化2交变电流:把大小和方向都随时间做周期性变化的电流,叫做交变电流,简称交流,常用字母“AC或符号“表示大小和方向都不随时间变化的电流叫恒定电流,简称直流,用字母“DC或符号“表示3正弦式交变电流:交变电流的电流和电压是按正弦函数规律变化的,这种电流叫做正弦式交变电流二、交流发电
2、机1结构:交流发电机由一个可转动的线圈(电枢)和一个磁体两大局部组成线圈在磁场中转动时产生的感应电流通过滑环和电刷输给用电器2原理:在匀强磁场中,让一矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,就得到了大小和方向都随时间变化的交变电流3中性面:如下图为线圈转一周过程中的几个关键位置,图甲、丙、戊所示的位置,线圈平面垂直于磁感线,各边都不切割磁感线,线圈中产生的感应电动势为零,这样的位置叫中性面图乙、丁所示的位置,线圈平面与磁场方向平行,ab、cd两边垂直切割磁感线,此时线圈中的感应电流到达最大4感应电动势瞬时值表达式:eEmsin t,Em是感应电动势的最大值三、旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机
3、旋转电枢式发电机产生电压不超过500 V旋转磁极式发电机能产生几千伏到几万伏电压四、交变电流的电能从哪里来从能量转化的角度看,发电机是把机械能转变为电能的机器,发电机按其原动力机分为:水轮发电机、汽轮发电机、柴油发电机和核能发电机对交变电流的认识1两种电流(1)恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流叫做恒定电流(2)交变电流:大小和方向随时间做周期性变化的电流,叫做交变电流,简称交流方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征只要方向发生变化,无论大小是否改变都是交流电2正弦式电流(1)定义:随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流在我国工农业生产及生活中使用的交变电流都是正弦式电流(2)正
4、弦式交变电流的图像正弦式交变电流的图像是正弦曲线,如下图3几种常见的交变电流(如下图)甲:家庭电路中的正弦式电流乙:示波器中的锯齿波扫描电压丙:电子计算机中的矩形脉冲丁:激光通信用的尖脉冲如下图的各图像中表示交变电流的是()思路点拨 解答此题要明确交流电的特征是电流方向变化,在it图上电流的方向表现在是否在t轴的两侧解析B、C两图像中,虽然电流大小随时间做周期性变化,但方向从图上看在t轴一侧方向不变,故不是交变电流A图中电流的方向没发生变化,不是交变电流D图中,从图上看电流分布在t轴两侧,电流的大小、方向均做周期性变化,是交变电流,应选D答案D正弦式交变电流大小和方向都随时间做周期性的变化,线
5、圈越过中性面,线圈中i方向要改变线圈转一周,感应电流方向改变两次而电子电路中矩形脉冲方向随时间做周期性的变化,而大小不随时间做周期性的变化,这种电流也是交变电流所以判断是交流电还是直流电的依据关键是看电流的方向是否做周期性的变化 如下图图像中不属于交流电的是()解析:选D交流电是指电流的方向发生变化的电流,电流的大小是否变化对其没有影响,电流的方向变化的是A、B、C,故A、B、C是交流电,D是直流电交变电流的根本规律1两个特殊位置的特点中性面中性面的垂面位置线圈平面与磁场垂直线圈平面与磁场平行磁通量最大零磁通量的变化率零最大感应电动势零最大电流方向改变不变周期性一个周期两次经过中性面,电流方向
6、改变两次一个周期电动势两次最大,两次最大值方向相反2交变电流的数学表达式据图可知,ab和cd边产生的感应电动势均为Blvsin t,此时整个线圈的感应电动势为e2Blvsin t或eEmsin t(1)Em2Blv为最大值,也叫电动势的最大值,也叫峰值(2)eEmsin t,交变电流按正弦规律变化,这种电流叫正弦式交变电流,简称正弦式电流如下图,线圈abcd的面积是005 m2,共100匝;线圈电阻为1 ,外接电阻R9 ,匀强磁场的磁感应强度为B T,当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时,求:(1)假设从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式(2)线圈转过 s时电动势
7、的瞬时值多大?思路点拨 分别把Em、的数值推出,代入一般式eEmsin t就得出了瞬时值表达式,求瞬时值时,只需把t的时刻代入表达式就可以了解析(1)eEmsin tNBS2nsin(2nt)2sin V50sin(10t) V(2)当t s时,电动势的瞬时值:e50sin V433 V答案(1)e50sin(10t) V(2)433 V交变电流瞬时值表达式问题的破解程序(1)观察线圈的转动轴是否与磁感线垂直(2)从中性面开始计时,电动势是按正弦规律变化;从线圈转到与磁感线平行时开始计时,电动势是按余弦规律变化(3)计算电动势最大值和角速度,写出电动势的瞬时值表达式 【通关练习】1一闭合矩形线
8、圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示,以下说法正确的选项是()At1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大Bt1、t3时刻线圈中感应电流方向改变Ct2、t4时刻线圈中磁通量最大Dt2、t4时刻线圈中感应电动势最小解析:选B从题图乙可以看出,t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,线圈经过中性面位置时线圈中感应电流方向改变,A错误,B正确;t2、t4时刻通过线圈的磁通量为零,线圈处于与中性面垂直的位置,此时感应电动势和感应电流均为最大,故C、D均错误2如下图,在匀强磁场中有一个“形导线框可绕AB轴转动,AB轴与磁场
9、方向垂直,匀强磁场的磁感应强度B T,线框的CD边长为20 cm,CE、DF长均为10 cm,转速为50 r/s从图示位置开始计时(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式(2)请作出线框中感应电动势e随时间t变化的图像解析:(1)开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置,在t时刻线框转过的角度为t,此时刻,eBl1l2cos t,即eBScos t其中B T,S0102 m2002 m2,2n250 rad/s100 rad/s,故e002100cos 100t(V)10cos 100t(V)(2)线框中感应电动势随时间变化的图像如下图答案:(1)e10cos 100t(V)(2)如解析图所
10、示随堂检测1(多项选择)以下说法中正确的选项是()A交流发电机是把其他形式的能转变为电能的装置B交流发电机是把电能转变为其他形式能的装置C交流发电机中电枢和磁极中不动的叫定子,转动的叫转子D交流发电机利用的是电磁感应原理解析:选ACD发电机显然是利用了磁场和导体相对运动产生感应电流的原理,即应用了电磁感应原理,把其他形式的能转化为电能,电枢和磁极中转动局部叫转子,固定不动的局部叫定子,A、C、D对,B错2(多项选择)如下图能产生交流电的是()解析:选BCD紧扣交流电产生的条件可知,轴线须垂直于磁感线,但对线圈的形状没有特别要求3一矩形线圈在匀强磁场中绕一固定转轴做匀速转动,当线圈刚好处于如下图
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