交变电流

交变电流直流电(DC)电流方向不随时间而改变实验观察：交流电的大小和方向变化的观察灯泡的亮暗变化——大小变化二极管亮暗顺序——方向变化交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流简称：交流（AC）直流电流：方向不随时间变化的电流（DC）it理解：方向随时间作周期性变化的电流一、交变电流的概念二、交变电流的产生交流发电机模型线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动注意：1、磁极间的磁场可看作匀强磁场2、转轴垂直于磁场方向将立体图转化为平面图两个特殊位置：第一特殊位置：SB中性面特点：2、导体边不切割磁感线1、磁通量最大Ф=Фmax所以，E感=0，i感=0即：此时线圈中无电流！—中性面特点：2、导体边垂直切割磁感线1、磁通量为最小，Ф=0第二特殊位置：SB线圈中有感应电流方向：D—C—B—A（3）在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？丙转到丁呢？（4）线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？线圈转到什么位置，电流最大？由a→b由b→a线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；转到乙、丁位置时线圈中电流最大！过程分析在线圈由甲转到乙的过程中，ab边中电流向哪个方向流动？由a→b在线圈由丙转到丁的过程中，ab边中电流向哪个方向流动？由b→a线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？线圈转到什么位置，电流最大？线圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；线圈转到乙、丁位置时线圈中电流最大！线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?两次思考：在线圈旋转至任何一个非特殊位置时的感应电动势如何计算？tV垂直sinenBstsinmetE以线圈从中性面转动为t=0时刻开始计时，经过t时间V1、正弦交变电流的图象eoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt三、交变电流的图像和变化规律三、交变电流的图像和变化规律2、交变电流的变化规律(1)感应电动势:(2)感应电流:(3)外电路电阻两端的电压:e=nBsωsinωt=Emsinωt(从中性面开始计时)i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(从中性面开始计时)u=Umsinωt(从中性面开始计时)e=nBsωcosωt=Emcosωt(从B∥S开始计时)i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt(从从B∥S开始计时)u=Umcosωt(从从B∥S开始计时)三、交变电流的图像和变化规律3、交变电流的种类(1)正弦交流电(2)示波器中的锯齿波扫描电压(3)电子计算机中的矩形脉冲(4)激光通信中的尖脉冲四、交流发电机1、构造2、种类①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）②用来产生磁场的磁极①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子1．在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是，属于正弦交变电流的是。tiABCDABDA2一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是()：A.T1时刻通过线圈的磁通量为零；B.T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C.T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D.每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。D复习1、什么是交流电？2、正弦式交流电的规律？从中性面开始计时：电动势瞬时值表达式：e=Emsinωt电流瞬时值表达式：i=Imsinωtabcd从平行面开始计时：电动势瞬时值表达式：e=Emcosωt电流瞬时值表达式：i=Imcosωt其中：Em=NBSω=NφmωIm=Em/R总以下几种情况若B、N、S、ω相同，则Em相同：5.2表征交变电流的物理量一、描述电流变化快慢的物理量1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间2．频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数fT12我国工农业及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次．二、描述交变电流大小的物理量线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势最大值：nBSEm2、最大值(峰值)：tNBSesin1、瞬时值0t/sU/VUm电压最大值电压瞬时值甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同．若直流电源用10分钟把水烧开，而第二次用交流电时也用10分钟把水烧开3．有效值我的电流是恒定的3A我10分钟把水烧开我10分钟也把水烧开！我的电流是变化的我的电流有效值是3A3．有效值（1）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值．（热效应相同）（2）说明：①交变电流的有效植根据电流的热效应来规定，与电流的方向无关，计算电功和热量必须用有效值②有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的．③交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。(4)一般用电器上标注的额定值是有效值，而电容器上标注的是最大值4．平均值：ENt计算通过某导体截面的电量一定要用平均值。(3)．正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系mmIII707.02mmUUU707.02课堂练习1、下列说法正确的是（）A．电流在一个周期内电流方向改变两次．B．电流的有效值是最大值的倍．C．因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同．D．若正弦交变电流的最大值是10A，则它的最小值是-10A．2/1AB2、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（）A．400V，0.02sB．200V,0.02sC．400V,0.08sD．200V,0.08sB3、一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是P，当接到电压为u=10sinωtV的交流电源上，它的发热功率（）A．0.25PB．0.5PC．PD．2PB4、如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？42325A5.图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。7、如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：(1)通过电阻R的电量q；nBSqRr(2)电阻R上产生的焦耳热Q22()()RnBSQRr6.如图所示，线圈的面积是0.05㎡，共有100匝；线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度为B＝1／πT，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：(1)若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表达式；sin2sin(2)meEtNBSnnt13003001000.052sin(2)6060t50sin(10)tV(2)线圈转过1／30s时电动势的瞬时值多大；当t＝1／30s时，电动势的瞬时值150sin(10)43.330eV(3)电路中电压表和电流表示数各是多少。电动势的有效值为电流表的示数电压表的示数5035.422mEEV35.43.5491EIARr3.94931.86UIRV(4)线圈每转过一周，外力所做的功。例1：某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_____Hz，交流电压的有效值等于____Vu/vt/s100-5000.20.40.6例2：图为一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值i/At/s2-401234例3：电路两端的交流电压u=Umsin314t(V)，在t=0.005s时的电压为10V，则此时接在电路两端的电压表读数是_____V例4：一交流电压u=15sin100πt(V)，将该交流电压加在一电阻上时，产生的电功率为25W，求该电阻R的阻值。有效值：E、I、U5.3电感和电容对变电流的影响一、电感对交变电流的阻碍作用1.演示实验现象：2.感抗（1）反映电感对交变电流阻碍作用的大小。（2）影响感抗大小的因素接直流的亮些，接交流的暗些．结论：电感对直流电没有阻碍作用对交流电却有自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗越大。*具体关系：fLXL2交变电流频率越高，灯越暗4、应用：（a）低频扼流圈：（b）高频扼流圈：3、特性：通直流、阻交流；通低频、阻高频低频扼流圈和高频扼流圈A、构造：线圈绕在铁芯上，匝数多B、作用：“通直流、阻交流”A、构造：线圈绕在铁氧体芯上，匝数少B、作用：“通直流、通低频，阻高频”二．电容对交变电流的阻碍作用1.演示实验（1）实验现象：通入直流电，灯泡不亮，说明直流电不能通过电容器，接入交流电时，灯泡亮了，说明交流能够通过电容器。（2）实验结论：电容器有“通交流，隔直流”的作用电容器通过充电和放电电路中就有了电流，表现为交流通过了电路。(3)实验现象分析：电容“通交隔直”的原因(4)、电容器对交变电流的阻碍作用实验：a.在前面实验中除去电容实验现象：灯均变亮实验结论：电容器对交流电路存在阻碍作用，且电容越大、频率越高，阻碍作用越小。b.换一个电容大的c.升高交变电流的频率2.容抗（1）反映电容对交流的阻碍作用（2）影响容抗大小的因素电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，容抗越小。3.应用（1）隔直电容：隔直流，通交流。（2）高频旁路电容：让高频交流信号通过电容，而将低频信号送到下一级。作用：通高频，阻低频。*公式：fCXC21通交流、隔直流，通高频、阻低频小结：通直流，阻交流通低频，阻高频电容对交变电流的作用：通交流，隔直流通高频，阻低频电感对交变电流的作用：低频扼流圈（L大）高频扼流圈（L小）隔直电容器高频旁路电容器（C小）例1、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其L的作用是________________，C的作用是__________。解析：因L有“通低频、阻高频”的特点，因此L的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有少量的高频成分，利用C“通高频、阻低频”的特点，使绝大部分高频成分从C流过。练习1、如图所示，线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小（如L＝100μH，C＝100pF）。此电路的主要作用是---------（）A．阻直流、通交流，输出交流B．阻交流、通直流，输出直流C．阻低频、通高频，输出高频交变电流D．阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电D例2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U＝220V、频率f＝50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相同（L无直流电阻）。（1）将交流电源的频率变为f＝100Hz，则（）（2）将电源改为U＝220V的直流电源，则（）A．A灯比原来亮B．B灯比原来亮C．C灯和原来一样亮D．C灯比原来亮ACBC练习2、如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，A、B两端加直流电压时，甲灯正常发光，乙灯完全不亮；当A、B两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光。下列说法正确的有：（）BCA．与甲灯串联的元件X是电容器B．与乙灯串联的元件Y是电容器C．与甲灯串联的元件X是电感线圈D．与乙灯串联的元件Y是电感线圈用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管1~2万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管3~4万伏但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。在输电过程中，电压必须进行调整。5.4变压器城乡变压器可拆式变压器各式变压器把两个没有导线相连的线圈套在同一