《交变电流是怎样产生的》导学案.ppt

第2节 交变电流是怎样产生的 §3.2 交变电流是怎样产生的 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.理解交变电流的变化规律,能在具体问题中应用交变电流的变化规律解决实际问题. 1.交流发电机 1 主要构造:交流发电机主要由__________和__________两部分组成. 2 分类:①旋转电枢式发电机:转子为__________,定子为__________,这种发电机的输出电压一般在500 V以下,输出功率较小;②旋转磁极式发电机:转子为__________,定子为__________,这种发电机能够提供几千到几万伏的电压,输出功率较大. 线圈 电枢 磁极 线圈 电枢 磁极 磁极 线圈 电枢 2.交变电流的产生原理 1 线圈在匀强磁场中绕________磁感应强度方向的轴匀速转动则产生正弦式交流电. 2 中性面:当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时,各边都不切割磁感线,线圈磁通量________,磁通量的变化率为________,线圈中感应电流为_______,这个特定位置叫做中性面.线圈每次经过该面感应电流方向均发生改变,所以在线圈转动的1周感应电流方向改变________次. 0 Umsin ωt 0 垂直于 3.交变电流的变化规律 1 取线圈转至中性面时为零时刻,产生的正弦交变电流为i,设线圈转动的角速度为ω,电动势、电流、电压的最大值分别为Em、Im、Um,则电动势的瞬时值e ________;电流的瞬时值i ________;电压的瞬时值u ________. 2 若从中性面开始转动,产生的感应电动势图象为________函数曲线;从线圈平面与磁感线平行位置开始转动,产生图象则为________函数曲线. 2 正弦　 Imsinωt 余弦 最大 Emsin ωt 主题1:交变电流产生的原理 情景:阅读教材第51页图3-14——交流发电机的发电过程分析图,矩形线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,ab、cd边切割磁感线,线圈中则产生感应电动势. 问题:分析 a 、 b 、 c 、 d 四个图中感应电流的方向、大小情况,回答下列问题: 1 交变电流的周期与线圈转动的周期有什么关系? 2 线圈转轴与磁感线的方向有什么关系? 3 线圈转到什么位置时没有感应电流?此位置磁通量大小如何?磁通量的变化率如何? 4 线圈转到哪个位置时感应电流最大?此位置磁通量大小如何?磁通量的变化率如何? 解答: 1 交变电流的周期与线圈转动的周期相等. 2 转轴OO位置与磁感线方向垂直. 3 当线圈转到图 a 和 c 位置 即中性面 时没有感应电流.此时磁通量Φ最大,但磁通量的变化率ΔΦ/Δt 0. 4 当线圈到达图 b 和 d 所示的位置 即线圈平面与磁感线方向平行 时,感应电流最大.此时磁通量Φ 0,但磁通量的变化率最大. 主题2:正弦交变电流的变化规律 情景:阅读教材第52页的“交变电流的变化规律”内容,了解电动势的峰值. 问题:如图所示,已知面积为S的单匝线框abcd在磁感应强度为B方向竖直向下的匀强磁场中绕中心轴转动,线框从中性面开始转动,角速度为ω,根据法拉第电磁感应定律推导一下线框感应电动势e随时间变化的表达式. 解答: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 BLabvsin ωt+BLcdvsin 180°-ωt 2BLabvsin ωt 因为v ω?Lad/2代入上式中得e BSωsin ωt Emsin ωt. 主题3:正弦式交流电的图象及应用 问题: 1 若线圈从中性面开始计时,交变电流的图象是怎样的?若线圈从与磁感线平行的位置计时,图象又是怎样的? 2 图示是一个正弦交流电的电流随时间变化的图象.根据图象确定: ①电流的最大值、周期. ②交变电流值的有效值、频率、线圈转动的角速度. 解答: 1 因为从中性面开始计时,瞬时值表达式为e Emsin ωt,所以其图象为正弦函数曲线;若线圈从与磁感线平行的位置计时,瞬时值表达式为 e Emcosωt,图象为余弦函数. 2 ①从图象中可以直接看出,电流的最大值为10 A,周期为0.2 s. ②根据正弦交流电的特点可知,有效值I Im/√2 5√2 A 7.07 A 正弦交流电的频率为5 Hz,角速度ω 2πf 10π rad/s. 主题4:交流电的平均值 问题:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦交变电流,其感应