1、一、交变电流的产生和变化规律一、交变电流的产生和变化规律图图10101 11 11交变电流：交变电流： 和和 都都随时间做周期性变化的电流叫交随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流变电流，简称交流(AC)方向变方向变化为其主要特征化为其主要特征大小大小方向方向2正弦交变电流正弦交变电流(1)特点：随时间按正特点：随时间按正(余余)弦规律变弦规律变化的交变电流化的交变电流(2)产生：如图产生：如图1011所示，将所示，将线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁感线的轴做匀速转动，线圈中就会产感线的轴做匀速转动，线圈中就会产生正生正(余余)弦交变电流弦交变电流(3)中
2、性面中性面定义：与磁场方向定义：与磁场方向 的平面的平面特点特点a线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量量 ，磁通量的变化率为，磁通量的变化率为 ，感应电动势，感应电动势为为 b线圈转动一周，线圈转动一周， 次经过中性面，线次经过中性面，线圈每经过圈每经过 一次，电流的方向就改变一一次，电流的方向就改变一次次垂直垂直最大最大零零中性面中性面零零两两3正弦式电流的变化规律正弦式电流的变化规律(线圈在线圈在中性面位置开始计时中性面位置开始计时)(1)电动势电动势(e)：e .(2)电压电压(u)：u .(3)电流电流(i)：i .EmsintUmsintImsint特别
3、提示特别提示：(1)电流大小变化电流大小变化但是方向不变的仍然是直流电；但是方向不变的仍然是直流电；(2)函数表达式函数表达式eEmsint，只有从中性面开始计时才能成只有从中性面开始计时才能成立，如果开始位置和中性面的夹立，如果开始位置和中性面的夹角为角为，则瞬时值表达式为，则瞬时值表达式为eEmsin(t)二、描述交变电流的物理量二、描述交变电流的物理量1交变电流的周期和频率的关交变电流的周期和频率的关系：系：T .2峰值和有效值峰值和有效值(1)峰值：交变电流的峰值是它能峰值：交变电流的峰值是它能达到的达到的 (2)有效值：让交流与恒定电流通有效值：让交流与恒定电流通过过 的电阻，它们在
4、相同时间内产的电阻，它们在相同时间内产生的生的 相等，则这个恒定电流相等，则这个恒定电流I、恒、恒定电压定电压U就是这个交变电流的有效值就是这个交变电流的有效值最大值最大值相同相同热量热量(3)正弦交变电流的有效值与峰值正弦交变电流的有效值与峰值之间的关系：之间的关系：特别提示特别提示：(1)只有正弦交变只有正弦交变电流的最大值和有效值满足倍关电流的最大值和有效值满足倍关系，其他交变电流无这种关系，系，其他交变电流无这种关系，且用电器铭牌上标出的值均为有且用电器铭牌上标出的值均为有效值效值(电容器除外电容器除外)(2)通常所说交变电流、电压通常所说交变电流、电压的数值，各种交流电器设备所标的数
5、值，各种交流电器设备所标的额定电压和额定电流的数值，的额定电压和额定电流的数值，一般交流电表测量的数值，都是一般交流电表测量的数值，都是指有效值指有效值(除非有特殊说明除非有特殊说明)一、正弦式电流的变化规律一、正弦式电流的变化规律1正弦式电流的变化规律正弦式电流的变化规律(线圈在中性线圈在中性面位置开始计时面位置开始计时) 规律规律物理量物理量函数函数图象图象磁通量磁通量mcost BScost电动势电动势eEmsint nBSsint2.交变电流瞬时值表达式的书写基交变电流瞬时值表达式的书写基本思路本思路(1)确定正弦交变电流的峰值，根确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式据已知图象
6、或由公式EmnBS求出相求出相应峰值应峰值(2)明确线圈的初始位置，找出对明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式应的函数关系式如：线圈从中性面开始转动，如：线圈从中性面开始转动，则则it图象为正弦函数图象，函数式为图象为正弦函数图象，函数式为iImsint.线圈从垂直中性面开始转动，线圈从垂直中性面开始转动，则则it图象为余弦函数图象，函数式为图象为余弦函数图象，函数式为iImcost.在交变电流的产生过程中，要特在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊位置的不同特点别注意两个特殊位置的不同特点1线圈平面与中性面重合时，线圈平面与中性面重合时，SB，最大，最大，/t0，e0，i0，电流方向
7、将发生改变，电流方向将发生改变2线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与中性面垂直时，SB，0，/t最大，最大，e最大，最大，i最大，电流方向不改变最大，电流方向不改变1如图如图1012所所示，单匝矩形线圈在匀强磁示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线场中匀速转动，其转动轴线OO与磁感线垂直已知匀与磁感线垂直已知匀强磁场的磁感应强度强磁场的磁感应强度B1 T，线圈所围面积，线圈所围面积S0.1 m2，转速，转速12 r/min.若从中性若从中性面开始计时，则线圈中产生面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达的感应电动势的瞬时值表达式应为式应为()即时应用即时应用图图10101 12
8、 2Ae12sin120t(V)Be24sin120t(V)Ce0.04sin0.4t(V)De0.4cos2t(V)解析解析：选选C.矩形线圈在匀强磁场矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生感应电动势的最大值中匀速转动产生感应电动势的最大值为为EmBSBS2n10.10.4(V)0.04(V)初相：初相：00则感应电动势瞬时值表达式为则感应电动势瞬时值表达式为eEmsin(t0)0.04sin0.4t(V)由此可知选项由此可知选项C是正确的是正确的二、对交变电流二、对交变电流“四值四值”的比较的比较和理解和理解1交变电流的瞬时值、峰值、有交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较效值、平均值的比
9、较物理量物理量 物理含义物理含义重要关系重要关系适用情况及说明适用情况及说明瞬时值瞬时值交变电流交变电流某一时刻某一时刻的值的值eEmsintiImsint计算线圈某时刻计算线圈某时刻的受力情况的受力情况峰值峰值最大的瞬最大的瞬时值时值EmnBSImEm/(Rr)讨论电容器的击讨论电容器的击穿电压穿电压2.对交变电流有效值的理解对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的交变电流的有效值是根据电流的热效应热效应(电流通过电阻生热电流通过电阻生热)进行定义进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热电流通过电阻生热(或热功率或热功率)进行计进行计
10、算注意算注意“三同三同”：即：即“相同电相同电阻阻”，“相同时间相同时间”内产生内产生“相同热相同热量量”计算时计算时“相同时间相同时间”要取周期要取周期的整数倍，一般取一个周期的整数倍，一般取一个周期注意注意：在交流电路中，电压表、：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值在没有具体说明的情况流的有效值在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流下，所给出的交变电流的电压、电流指的是有效值指的是有效值1由感应电动势的最大值公式由感应电动势的最大值公式EmnBS得，得，Em仅由仅由n、B、S、四个物理量所决定，与轴的具体位置四个物
11、理量所决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关和线圈的形状都无关2.某交变电压为某交变电压为u6sin(314t) V，则则()用此交变电流作打点计时器的用此交变电流作打点计时器的电源时，打点周期为电源时，打点周期为0.02 s把额定电压为把额定电压为6 V的小灯泡接在的小灯泡接在此电源上，小灯泡正常发光此电源上，小灯泡正常发光即时应用即时应用把额定电压为把额定电压为6 V的小灯泡接在的小灯泡接在此电源上，小灯泡将被烧毁此电源上，小灯泡将被烧毁耐压耐压6 V的电容器不能直接接在的电容器不能直接接在此电源上此电源上ABC D一个电阻为一个电阻为r、边长为、边长为L的正方形线圈的正方形线圈abcd共
12、共n匝，线圈在磁感应强度为匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴磁感线的轴OO以如图以如图1013所示的角速度所示的角速度匀匀速转动，外电路电阻为速转动，外电路电阻为R.题型一题型一 正确应用交变电流的正确应用交变电流的“ “四值四值” ”例例1图图10101 13 3(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方在图中标出此刻线圈感应电流的方向；向；(2)线圈转动过程中感应电动势的最大线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为线圈平面与磁感线夹角为60时的时的感应电动势多大？感应电动势多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量设发
13、电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？功？(5)从图示位置开始，线圈转过从图示位置开始，线圈转过60的的过程中通过过程中通过R的电荷量是多少？的电荷量是多少？【解析解析】(1)电流方向电流方向dcba(图略图略)(2)根据根据EBlv得得EmnBSnBL2.(3)线圈平面与线圈平面与B成成60时的瞬时感应时的瞬时感应电动势电动势【规律总结规律总结】(1)求线圈在匀强求线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交流电的电磁场中转动时产生的正弦交流电的电动势的最大值动势的最大值Em时，可用公式时，可用公式EmnBS求解，此时要注意别忘记线圈的求解，
14、此时要注意别忘记线圈的匝数匝数n.如图如图1014为一交变电流的为一交变电流的it图象，该交变电流的有效值为多少？图象，该交变电流的有效值为多少？题型二题型二 交变电流有效值的计算交变电流有效值的计算例例2图图10101 14 4【思路点拨思路点拨】根据有效值的定根据有效值的定义即可求出交变电流的有效值义即可求出交变电流的有效值【解析解析】从题图看出交变电流从题图看出交变电流周期周期T0.4 s，t10.1 s，t20.1 s，t30.15 s，设有效值为，设有效值为I，则：，则：I12Rt1I22Rt2I32Rt3I2RT，其，其中中I13 A，I22 A，I31 A，代入得，代入得I1.9 A.【答案答案】1.9 A点击进入点击进入点击进入点击进入
