高二物理电磁感应专题讲义8——交变电流的产生 电感电容的影响

第八讲交变电流的产生电感电容的影响
定义：大小方向都做周期性变化的电流AC
特点：1、电流方向周期性变化
2、交变电流——正弦式交变电流
3、交流AC——直流DC
4、交流——方向改变
5、直流——方向不变（方向大小都不变是恒定电流）
正弦式交流电的产生和变化规律
产生方法：闭合线圈在磁场中的转动
推导E=NBSWsin wt ，注意是从垂直于磁场的面开始转。

交流发电机的结构
中性面：线圈平面与磁场垂直的时候。

此时，磁通量最大，但是变化率最小
对中性面的理解：
1、磁通量最大，变化率最小，感应电动势为零。

2、线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零，感应电动势最大。

1、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生感应电动势，下面说法正确的是：
A．当穿过线圈的磁通量最大时，感应电动势最小
B．当穿过线圈的磁通量最大时，感应电动势最大
C．当穿过线圈的磁通量是零时，感应电动势最小
D．当穿过线圈的磁通量是零时，感应电动势最大
2、一单匝线圈面积为S，在磁感强度为B的匀强磁场中，以角速度ω匀速转动，其感应电动势e ＝E m sinωt，则下面判断正确的是：A．E m＝BSωB．ωt是线圈平面和中性面之间的夹角C．E m＝nBSωD．ωt是线圈平面和中性磁场方向的夹角
3、交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=Emsinωt ，如果转子的转速n提高1倍，其它条件不变，则电动势的变化规律将变化为（）
A、e=Emsinωt
B、e=2Emsinωt
C、e=2Emsin2ωt
D、e=2Emsin4ωt
4、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，通过线圈中的磁通量随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（）
A、ｔ1时刻线圈中的感应电流为零
B、ｔ2时刻线圈的感应电流最大
C、ｔ3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大
D、当电流变化方向时，通过线圈的磁通量的绝对值最大
求解电动势瞬时值的方法
1、确定线圈是从什么位置开始转动的。

2、确定表达式是正弦形式还是余弦形式。

3、带入角度求瞬时
描述交流电的物理量
周期、频率、峰值
我国标准交流电的周期和频率
一只矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势e ＝10sin4πt (V) 则：
A．交流的频率是4πHz B．当t＝0时线圈平面跟磁感线垂直
C．当t＝0.5时，e有最大值D．交流的周期是0.5s
交流电的四值
1、瞬时值（用小写字母来表示）
2、峰值——最大的瞬时值，用大写字母加角标表示。

考虑电学器
件的击穿时，考虑峰值。

单匝线圈面积为S在磁感强度为B的匀强磁场中匀速转动，感应电流i＝I m sinωt，要使感应电流的最大值变为2I m可用的方法是：A．把磁感应强度变为2B
B．把转动角速度变为2ω
C．用同样的导线做成一个面积为2S的线圈
D．用同样的导线做成一个每边都是原长2倍的线圈
3、有效值——根据电流的热效应定义
让交流电和恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相同，该恒定电流的值就是有效值。

对于正弦式交流电：除以根号2
辨析：
电气设备上额定电压额定电流都是有效值
交流电表显示的示数是有效值
保险丝的熔断电流是有效值
几种常见的有效值计算
正弦式交流电
正弦半波
正弦四分之一波
正弦单箱脉冲
矩形脉冲
非对称交变电流
平均值
定义：交变电流通过的电荷量与时间的比值算法：图像围成面积除以时间
有法拉第电磁感应定律计算
用途：计算通过电路电荷量时用平均值
计算
正弦电流半个周期的平均值计算
四分之一个周期
四分之三个周期
关于交变电流的几种说法正确的是：
A．使用交变电流的电气设备上所标的电压电流值是指峰值
B．交流电流表和交流电压表测得的值是电路中的瞬时值
C．跟交变电流有相同热效应的直流电的值是交流的有效值
D．通常照明电路的电压是220伏，指的是峰值。

匀强磁场的磁感强度B=0.1T.矩形线圈的匝数N=100，边长Lab=0.5m，Lbc=0.20m，绕OO/轴匀速转动，转动周期为0.1s,在线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
（1）交变电动势的最大值————；电动势瞬时表达式；
（2）线圈中性面开始转过1800的
过程中，交变电动势的平均值；
图12－2表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有
效值是：[ ]
A.该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin(25t)V
B.该交流电的频率为25 Hz
C.该交流电的电压有效值为100V
D.若将该交流电压加在阻值R=100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W
电感电容对交变电流的影响
1、电感器对交变电流的影响
自感电动势总是阻碍原电流的变化。

对交变电流起阻碍作用
阻碍作用和自感系数有关——感抗
X=2派Fl
影响阻碍作用的因素：自感系数和交变电流频率
电感器的作用
1、通直流阻交流
2、通低频阻高频
分类：
1、低频扼流圈：通直流阻交流。

——自感系数小
2、高频扼流圈：通知流通低频，阻高频——自感系数大
电容器
通交流隔直流
电容器对交流电也有阻碍作用，体现在电荷积累导致充电减慢
容抗X=1/2paifC
分类：
1、通交流隔直流（去除交流电中的直流杂质）
2、通高频阻低频（高频旁路电容器）
思考
1、使用220V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘，但是有时候用手触摸外壳仍会感到“麻手”，用试电笔测试时，氖管发光，这是为什么？
2、如图所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？
3、如图所示，线圈的自感系数和电容器的电容都很小（如L=1mH，C=200pF），此电路的重要作用是
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，输出高频交流
D．阻高频通低频，输出低频交流和直流。