交变电流的产生原理

2019-11-3

1it0(2)it0(1)it0(3)i0t(4)i0t(5)5.1交变电流的产生教案【学习目标】1．会观察电流（或电压）的波形图，理解交变电流、直流的概念2．理解交变电流的产生原理3．掌握交变电流的变化规律及表示方法4．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念5．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力【重点难点】1．重点是交变电流产生的物理过程分析2．难点是交变电流的变化规律及应用【教学过程】一、新课导入手摇发电机获得的电流与由干电池获得的电流的波形有什么不同？二、新课教学让学生观察实验总结交变电流的定义（一）交变电流交变电流： 和 随时间周期性变化的电流叫 。直 流： 不随时间变化的电流称为直流。恒定电流： 和 都不随时间而改变的电流叫恒定电流。例1、下图中_______是直流电？___________是交变电流？思考：交变电流和直流有什么区别？归纳总结：只要________改变的电流就是交变电流.（二）交变电流的产生1．产生机理：演示课本P31“做一做”中的实验，请同学们观察发光二极管的发光情况，说明产生的是哪种电流？分析转轴与磁场方向的关系，得出如下结论结论：当线圈绕 的轴转动时会产生交变电流。2．探究电流的特点：看课本P32图5.1-3，分析：2019-11-3

2（1）判断线圈由甲转到乙的过程中，线圈中的电流方向如何？（沿A→B→C→D还是D→C→B→A） 由乙转到丙、由丙转到丁以及由丁转到甲的过程中呢？（2）判断线圈处于甲、乙、丙、丁四个位置时是否产生感应电流？若有，在原图中标出电流的方向；若无，说明原因。A B C D图 2假设线圈所处的磁场为匀强磁场，请在上面四幅图中画出线圈在甲、乙、丙、丁四个位置对应的侧视图，标出AB、CD边中的电流方向。（3）分析线圈在由甲转到乙、由乙转到丙、由丙转到丁、由丁转到甲的过程中中的电流大小变化情况？（4）在电流—时间图中画出甲、乙、丙、丁四个位置对应的点。猜测在一个周期内感应电流随时间变化的关系，大致画出i—t图线。 （5）根据上述分析，回答：①线圈转到哪些位置时电流方向改变？______。②在这些位置时，线圈中感应电动势多大？_______。 感应电流多大？________ 。③ 在线圈转动一周的过程中，电流方向改变几次？________。我们把与磁场方向垂直的面叫____________。结论：(1) 线圈转动过程中电流的大小做周期性变化， 最小， 最大。(2) 线圈每经 一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周，感应电流方向改变 次。例 2、完成下面的表格位 置磁通量感应电流

龙源期刊网

产生正弦交变电流的三种方法

作者：魏良生

来源：《读写算》2011年第59期

一、三种方法

方法一：矩形线框在匀强磁场中匀速转动

方法二：导体棒匀速切割变化磁场

方法三：闭合导体线框在变化磁场中

二、三种方法分析对比

1、三种方法中第一种方法操作性强，是目前采用的，也是教材中推出的产生交变电流的原理方法，后两种方法只有理论意义，操作性较小。三者产生的电动势变化规律相同，方法却各异，引人深思，拓宽视野。

2、由于三种方法中产生的电动势变化规律相似，所以在求解某时间内回路中产生的热量时，有效值与最大值的关系都为。

三、训练题

练习1(型)如图所示，矩形裸导线长边长度为，短边长度为，在两个短边上均接有电阻,其余部分电阻不计，导线框一长边与轴重合,左边的坐标，线框内有一垂直于线框平面的磁场，磁场的磁感应强度满足关系。一光滑导体棒与短边平行且与长边接触良好，电阻也是，开始时导体处于处，从时刻起，导体棒在沿方向的变力作用下做速度为的匀速运动，求导体棒从到的过程中回路产生的热量。

解：秒末对光滑导体棒有： 龙源期刊网

磁感应强度

棒内的感应电动势

可知，棒内感应电动势按正弦规律变化,电阻发热功率由有效值决定导体棒从到的过程中运动时间

电流最大值电流有效值回路中产生热量其中解得

练习2(型)边长为匝数为的正方形导线框置于按空间均匀分布的磁场区域内，磁感应强度的方向与线框平面垂直，如左图所示,磁感应强度B随时间按右图所示正弦规律变化，设导线的横截面积为、电阻率为，图中所标物理量为已知量，求在时间内()线框中产生的热量。

解法一：类比法

由图可知

教学目标

1、认识交流发电机,了解交流发电机的构造;

2、理解交变电流产生和变化规律,知道中性面的概念;

3、能用数学表达式和图像描述正余弦交流电的变化规律,能正确表达出正弦交流电的最大值、有效值、瞬时值。

教学重点和难点

教学重点: 1、交流电产生的物理过程的分析及中性面的点.

2、交流电的数学表达式和图像

教学难点:交流电产生的物理过程的分析及中性面的点

教学准备、教学资源和主要教学方法

交流发电机实验模型,电流表等;ppt;观察法,讨论法,讲授法。

教学过程

目标引领

展示目标,齐读目标,教师解读目标,学生明确目标

活动导学 一、交流发电机的构造和基本种类

1、发电机的基本组成:

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

2、发电机的基本种类:

①旋转电枢式发电机

②旋转磁极式发电机

3、转动的部分叫转子,不动的部分叫定子

二、交变电流的产生原理

演示实验:注意观察电流表打针的偏转情况。

1、实验:

①观察到线圈中电流方向是变化的

②再观察电流强度与线圈位置的关系

③实验结论:交流电的大小和方向是不断变化的,线圈在磁场中每旋转一周,电流表指针就左右摆动一次,它的大小和方向都随时间做周期性变化。

2、中性面

①中性面在垂直于磁场位置

②线圈通过中性面时,穿过线圈的磁通量最大

③线圈在中性面时,感应电动势和电流都为0

④每经过中性面一次,方向改变一次

三、交变电流的变化规律

1、设矩形线圈的ab边长为l1,ad边长为l2在匀强磁场b中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动,如图所示,ab和cd边垂直于纸面,转轴为o。

2、推导:以线圈经过中性面开始计时,在时刻t线圈中的感应电动势(ab和cd边切割磁感线 )

因为:

所以:

设

则有:

3、归纳:①电动势按正弦规律变化

②成立条件:转轴垂直匀强磁场,经中性面开始计时

第1节

交变电流的产生及描述

要点一 交变电流的产生和描述

1．正弦式交变电流的产生

(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。

(2)两个特殊位置的特点：

①线圈平面与中性面重合时，S ⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。

②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大，电流方向不改变。

(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。

(4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。

2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)

规律

物理量 函数表达式 图像

磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt

电动势 e＝Emsin ωt＝nBSωsin

ωt

电压 u＝Umsin ωt＝REmR＋rsin ωt

电流 i＝Imsin ωt＝EmR＋rsin ωt

1．一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图10-1-1所示。已知匀强磁场的磁感应强度为B，则结合图中所给信息可判定( )

A．t1时刻穿过线框的磁通量为BL2

B．t2时刻穿过线框的磁通量为零

C．t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零

D．线框转动的角速度为EmBL2

2．(2016·连云港摸底)如图10-1-3甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω。求：

(1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；

(2)转动过程中穿过线圈的最大磁通量；

(3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功。

要点二 有效值的理解与计算

1．公式法

利用E＝Em2、U＝Um2、I＝Im2计算，只适用于正(余)弦式交变电流。