3.2交变电流是怎样产生的 学案

第2讲　交变电流是怎样产生的 [目标定位]　1.认识交流发电机，了解交流发电机的结构.2.理解交变电流产生的原理，知道中性面的概念.3.能用数学表达式和图象描述正弦交变电流的变化规律，知道最大值、有效值和瞬时值之间的关系.4.能用交变电流的变化规律解决实际问题． 一、交流发电机 1．发电机主要由线圈(电枢)和磁极两部分组成． 2．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，这种发电机称为旋转电枢式发电机．反之，称为旋转磁极式发电机． 二、交变电流的产生原理 1．典型模型 图1 想一想　如图1所示，当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割磁感线？线圈转到哪些位置时没有感应电流？ 答案　当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，AB、CD边切割磁感线产生感应电流．线圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们称之为中性面． 2．在线圈连续转动过程中，感应电流的大小和方向都将随时间做周期性变化．线圈每经过中性面1次，感应电流的方向就改变1次；线圈每转动1周，感应电流的方向就改变2次． 三、交变电流的变化规律 1．正弦式交变电流瞬时值表达式 当从中性面开始计时： 瞬时电动势：e＝Emsin_ωt， 瞬时电压：u＝Umsin_ωt， 瞬时电流：i＝Imsin_ωt. 式中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流的最大值． 2．交流电的图象(如图2所示) 图2 想一想　正弦式交变电流的图象一定是正弦函数曲线吗？ 答案　不一定，根据计时起点不同，也可能是余弦函数曲线. 一、交变电流的产生过程 1．正弦式交流电的产生 如图3所示，是线圈ABCD在匀强磁场中绕轴OO′转动时的截面图．线圈从中性面开始转动，角速度为ω，经过时间t转过的角度是ωt.设AB边长为L1，BC边长为L2，磁感应强度为B，AB边和CD边转动时切割磁感线产生感应电动势． 图3 (1)在图甲中，v∥B，eAB＝eCD＝0，e＝0 (2)在图丙中，eAB＝BL1v＝BL1＝BSω 同理eCD＝BSω 所以e＝eAB＋eCD＝BSω (3)在图乙中，eAB＝BL1vsin ωt＝BL1L2ωsin ωt＝ BSωsin ωt 同理eCD＝BSωsin ωt 所以e＝eAB＋eCD＝BSωsin ωt 若线圈有n匝，则e＝nBSωsin ωt 2．两个特殊位置 (1)中性面(S⊥B位置) 线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，为0，e为0，i为0. 线圈经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次． (2)垂直中性面位置(S∥B位置) Φ为0，为最大，e最大，i最大． 3．正弦式交流电的峰值 Em＝nBSω 4．正弦式交流电的瞬时值表达式 e＝Emsin ωt，u＝Umsin ωt，i＝Imsin ωt 例1　矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　　) A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C．当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 答案　CD 解析　线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，即此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变；线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都是垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，即此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C、D选项正确． 针对训练　如图4所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内(　　) 图4 A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减 ... ...