交变电流是怎样产生的

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1、第2节交变电流是怎样产生的课标定位学习目标：1.认识交流发电机，了解交流发电机的结构．2．认识中性面的特点，掌握交变电流的产生及变化规律．3．学会用数学表达式和图象描述交变电流．重点难点：交变电流的产生原理及变化规律．易错问题：1.错误的认为中性面磁通量最大，感应电动势也最大．2．不能正确区分保险丝的熔断电流是有效值和电容器两端电压是最大值．一、交流发电机发电机主要由(电枢)和两部分组成，有的磁极使用永久磁铁，有的使用电磁铁．用电磁铁作磁极的发电机叫做．磁极固定不动，让电枢在磁极中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为发电机．电枢固定不动

2、，让磁极在电枢中旋转，使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，这种发电机称为发电机．转动的部分叫做，固定不动的部分叫做．基础知识梳理线圈磁极励磁发电机旋转电枢式旋转磁极式定子转子旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的主要区别是什么？【思考·提示】旋转电枢式发电机转子是线圈，所以空间受到限制且线圈匝数不能太多，并且产生的电流必须经过裸露的滑环和电刷，容易产生火花放电，因此产生的感应电动势不可能很高．而旋转磁极式发电机，转子是磁极，能克服上述缺点，提供很高的电压．思考二、交变电流的产生原理1．中性面：线圈平面与磁感线垂直时，物理学中把这个位置称为．注意：当线圈转至中

3、性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率却最小，等于零，因此当线圈处于中性面时，感应电动势为零，恰好是电流方向改变的位置．中性面2．线圈在连续转动过程中，感应电流的都将随时间做周期性变化．线圈每转动一周，感应电流的方向就变化次．因为感应电流是由感应电动势提供，所以线圈转动所产生的感应电动势也是随时间做变化的．大小和方向两周期性三、交变电流的变化规律1．瞬时值表达式：e＝(从中性面位置开始计时)．其中e叫电动势的瞬时值，Em是电动势的最大值，Em＝，ω是线圈转动的角速度．2．交变电流的图象：从e＝Emsinωt表明，e随时间按规律变化，称之为正弦式交变电流．e－t图

4、象应为曲线．EmsinωtnBSω正弦正弦ImsinωtUmsinω注意：只有从中性面开始计时，其瞬时值表达式才为正弦形式；若从垂直中性面开始计时则得到余弦关系．一、两个特殊位置的比较核心要点突破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变化率零最大感应电动势零最大电流方向改变不变1.在线圈转动过程中，磁通量最大时，磁通量变化率恰好为零，磁通量为零时，磁通量变化率恰好最大．2．感应电动势的大小由磁通量变化率决定，而与磁通量的大小没有直接的关系．特别提醒二、正弦交变电流的变化规律1．瞬时值表达式的推导设线圈从中性面起经时间t转过角度

5、θ，则θ＝ωt，此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为ωt和180°－ωt，如图3－2－1所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：图3－2－1e＝BLabvsinωt＋BLcdvsin(180°－ωt)＝2BLabvsinωt2．变化规律正弦式交变电流的电动势、电压和电流随时间的变化规律可用下列各式表示，e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt.对以上三个关系式，应注意：(1)ω等于线圈转动的角速度．(2)峰值Em(Um，Im)与线圈的匝数、线圈的面积、磁场的磁感应强度及线圈转动的角速度有关，关系式为Em＝nBS

6、ω.(3)正弦交变电流的变化规律与线圈的形状无关，转动轴通常与磁感线垂直．(4)以上各式中t＝0时，线圈在中性面．求解交变电动势瞬时值的步骤：1．确定线圈转动是从哪个位置开始计时．2．确定表达式是正弦还是余弦．3．确定转动的角速度ω及n、B、S等．4．求出峰值Em，写出表达式，代入角度求瞬时值．特别提醒三、正弦交流电的图象1．用图象描述交变电流的变化规律(在中性面时t＝0)函数图象说明磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωtS为线圈的面积，n为线圈的匝数，r为线圈的电阻(内阻)，R为外电阻电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt函数图象说明电压u＝Umsinω

7、t＝sinωtS为线圈的面积，n为线圈的匝数，r为线圈的电阻(内阻)，R为外电阻电流i＝Imsinωt＝sinωt2．图象中可以解读的信息(1)交变电流的最大值Im、Em、周期T.(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻．(3)找出线圈平行于磁感线的时刻．(4)判断线圈中磁通量的变化情况．(5)分析判断i、e随时间的变化规律．1．用物理图象反映某些物理量的变化过程，既可使该变化的整体特征一目了然，还可将变化过程中的暂态“定格”，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究．2．由于交流电的瞬时值最大时，磁通量为零，交流

8、电的瞬时值