交变电流的产生及描述教师版VIP专享VIP免费

第1节交变电流的产生及描述(预习案)浠水县高考复读中心郭卫元1.教学目标：（１）掌握交流电的产生及描述（２）理解描述交流电的基本物理量及其意义（３）理解掌握交流电的图像并能利用图像解决实际问题2.问题导引[想一想]线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，线圈平面每转动一周，感应电流的方向改变几次？线圈在什么位置，电流方向会发生改变？[提示]线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，线圈平面每转动一周，经过两次中性面，故感应电流的方向改变两次。问题一：交流电是怎么样产生的？产生的条件及其表达式是什么？1．交变电流(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。(2)图象：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图(a)所示。2．正弦式电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图象为正弦曲线。如图10－1－1(a)所示。3．正弦式电流的函数表达式若n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为e＝nBSωsin_ωt，用Em＝nBSω表示电动势最大值，则有e＝Emsinωt。其电流大小为i＝＝sinωt＝Imsinωt。4．推导：设线圈从中性面起经时间t转过角度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：E＝2Blvsinωt.因为v＝v＝ω··，代入上式中得e＝BSωsinωt＝Emsinωt.注意：中性面的特点是什么？[试一试]1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示，则下列说法正确的是()A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02s时刻，交流电动势达到最大D．该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示1解析：选B由Φ－t图知，t＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e＝0，故A、D两项错误；由图知T＝0.04s，在t＝0.01s时，Φ＝0，最大，e最大，则B项正确；在t＝0.02s时，Φ最大，＝0，e＝0，则C项错误。【重点提示】(1)电流大小变化但方向不变的电流仍然是直流电，即只要方向不改变的电流就是直流电．[想一想]有一个10匝的正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图10－1－3所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。则正弦式电流电动势和电流的峰值和有效值分别为多少？[提示]电动势的峰值Em＝nBSω＝6.28V。电动势的有效值E＝＝4.44V。电流的峰值Im＝＝A＝6.28A。电流的有效值为I＝＝4.44A。问题二：交流电用哪些物理量来描叙？怎样理解这些物理量的含义？各个物理量的用途是什么？1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。(2)频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)。(3)周期和频率的关系：T＝或f＝。2．有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做这个交流的有效值。正弦式电流的有效值跟最大值之间的关系是：E＝Em、I＝Im，U＝Um。[试一试][来源:中国教育出版网zzstep.com]2.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。此线圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是()A．交变电流的周期为0.125sB．交变电流的频率为8HzC．交变电流的有效值为AD．交变电流的最大值为4A解析：选C由图象可知交变电流的周期T＝0.250s，频率f＝＝4Hz，故选项A、B错误；交变电流的有效值I＝＝A＝A，，故选项C正确；交变电流的最大值Im＝＝A＝2A，故选项D错误。3.判断正误（3，6正确）1．只有矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里才能产生交变电流()2．线圈在磁场中转动...