交变电流【经典教案】

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1、第五章交变电流一、交变电流和直流1.交变电流1)概念：方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流（AC）。2)分类大小不变，方向周期性变化大小、方向均周期性变化分类3)图例，如下图所示。2.直流1)概念：方向不随时间变化的电流叫作直流（DC）。2)分类特点：大小、方向都不随时间改变恒定电流特点：方向不变，大小随时间改变脉动电流分类3)图例：如下图所示。二、交变电流的产生1.交流发电机模型原理图，如下图所示2.按下图所示进行试验演示3.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，各位置如下图所示4.为了方便的分析问题，我们将立体图

2、转化为平面来分析5.对上图线圈的每个位置进行分析1)B⊥S，Φ最大，E=0,I=0中性面没有边切割磁感应线B∥S，φ=0，E最大，I最大，感应电流方向b到aa（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，1)B⊥S，Φ最大，E=0,I=0中性面没有边切割磁感应线2)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a3)提出问题，请接招！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：a、线圈转动一周，电流方向改变多少次？b、线圈转

3、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？c、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？d、试推导感应电动势大小的变化规律公式6.中性面1)中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面．2)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），线圈中的电动势为零．3)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1、交变电流表达式的推导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）：

4、所以令则有e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）．2、交变电流规律总结1)电动势按正弦规律变化成立条件：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1)电路上的电压按正弦规律变化电流i=Imsinwt通过R时：abcdKLABabcdKLABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB四、交变电的图像五、描述交变电流的物理量1.交变电流的周期和频率交变电流跟别的周期性过程一样，是用周期或频率来表示变化快慢的。1)周期：我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变电流的周期。周期用T表示，单位是

5、s。2)频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率。频率用f表示，单位是Hz。3)周期和频率的关系是：[演示实验]把小灯泡接在手摇交流发电机模型的输出端。当转子的转速由小增大时，我们看到，小灯泡发光的闪烁频率也由小增大，当转子的转速大到一定程度，由于交变电流的大小和方向变化太快，由于人眼存在视觉暂留的缘故，所以眼睛已不能分辨灯光的闪烁。这就是为什么照明电是交变电流，而电灯亮时看不见一闪一闪的原因。[说明]①我国工农业生产和日常生活中用的交变电流周期是0.02S，频率是50Hz，电流方向每秒钟改变100次。②交变电流的周

6、期和频率跟发电机转子的角速度有关。越大，周期越短、频率越高。２、交变电流的峰值和有效值1）交变电流峰值（Im、Em、Um）：指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。表示交变电流的强弱或电压的高低。实际中需要考虑。例如：电容器接在交流电路中，应需要知道交变电压的最大值，电容器的额定电压应高于交变电压的最大值，否则电容器有可能被击穿。2)交变电流有效值（I、E、U）：[思考与讨论]如图所示的电流通过一个R=1Ω的电阻，它不是恒定电流。a.样计算通电1s内电阻R中产生的热量?解析：图象反映的交变电流可以分为4段。前半个周期中，0—0.2S

7、内，可看成电流大小为1A的恒定电流，0.2S—0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同。则交流电的热量：b.如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R，也能在1s内产生同样的热，这个电流是多大?恒定电流的热量：[教师指出]①　有效值：（抓三个相同）让交流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，把恒定电流的值叫做这个交变电流的有效值。②　正弦交流电有效值与最大值之间的关系[说明]①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表和交流电流表的示数是有

8、效值；交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值。②交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的。引入有效值的的概念便于把处理恒定电流的一些方法拓展到交流电中。3.相位1)初相位如果线圈平面转到与