高中物理交变电流.doc

,叫做交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流, 正弦式电流产生于在匀强电场中, 绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里,线圈每转动一周,感应电流的方向改变两次。. 1 .当从图 12—2即中性面... 位置开始在匀强磁场中匀速转动时,线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数: 即 e=ε m sin ωt,i=I m sin ωtωt 是从该位置经 t 时间线框转过的角度; ωt 也是线速度 V 与磁感应强度 B 的夹角;。是线框面与中性面的夹角 2 .当从图位置开始计时: 则: e=ε m cos ωt,i=I m cos ωtωt 是线框在时间 t 转过的角度; 是线框与磁感应强度 B 的夹角; 此时 V、B 间夹角为(π/2一ωt). 3. 对于单匝矩形线圈来说 E m =2 Blv = BS ω; 对于 n 匝面积为 S 的线圈来说 E m= nBS ω。对于总电阻为 R 的闭合电路来说 I m=mER 1 .中性面:如图所示的位置为中性面,对它进行以下说明: (1 )此位置过线框的磁通量最多. (2 ) e=ε m sin ω t=0 ,i=I m sin ω t=0 (3) 此位置是电流方向发生变化的位置, 具体对应图中的 t 2, t 4 时刻, 因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面, 电流的方向改变两次,频率为 50Hz 的交流电每秒方向改变 100 次. 2 .交流电的最大值: ε m=BωS 当为 N 匝时ε m= NB ωS (1)ω是匀速转动的角速度, 其单位一定为弧度/秒, nad/s (注意 rad 是 radian 的缩写, round/s 为每秒转数, 单词 round 是圆, 回合). (2 )最大值对应的位置与中性面垂直,即线框面与磁感应强度 B 在同一直线上. (3 )最大值对应图中的 t 1、t 2 时刻,每周中出现两次. 3. 瞬时值 e=ε m sin ωt,i=I m sin ωt 代入时间即可求出. 不过写瞬时值时, 不要忘记写单位, 如ε m =220 2 V,ω=100 π,则 e=220 2 sin100 π tV ,不可忘记写伏,电流同样如此. 4 .有效值:为了度量交流电做功情况人们引入有效值,, 直流电通过相同阻值的电阻, 在相同时间内产生的热量相同, 则直流电的值为交流电的有效值. (1 )有效值跟最大值的关系ε m=2 U 有效,I m=2 I 有效(2 )伏特表与安培表读数为有效值. (3 )用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值. 5 .周期与频率: 交流电完成一次全变化的时间为周期; 1/ 秒为赫兹( Hz ). 规律方法一、关于交流电的变化规律【例 1 】如图所示,匀强磁场的磁感应强度 B=0 . 5T ,边长 L=10cm 的正方形线圈 abcd 共 100 匝, 线圈电阻 r=1Ω, 线圈绕垂直与磁感线的对称轴 OO / 匀速转动, 角速度为ω=2π rad /s ,外电路电阻 R=4Ω,求: (1 )转动过程中感应电动势的最大值. (2 )由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过 60 0 时的即时感应电动势. (3 )由图示位置转过 60 0 角时的过程中产生的平均感应电动势. (4 )交流电电表的示数. (5 )转动一周外力做的功. (6)6 1 周期内通过 R 的电量为多少? 解析:(1 )感应电动势的最大值, ε m= NB ωS= 100 ×× 2×2π V=3 . 14V (2 )转过 60 0 时的瞬时感应电动势: e=ε m cos60 0 =3 . 14×=1. 57V (3 )通过 60 0 角过程中产生的平均感应电动势: ?=N ΔΦ/Δ t=2 . 6V (4 )电压表示数为外电路电压的有效值: U=rR??·R=2 14 3?×5 4 =1 . 78V (5 )转动一周所做的功等于电流产生的热量 W=Q =( 2 m?) 2(R 十r)·T=0. 99J (6)6 1 周期内通过电阻 R 的电量 Q=I ·6 1 T=R ?6 1 T=?? 6/ 60 sin 0rRT NBS ?= 0. 0866 C 【例 2】磁铁在电器中有广泛的应用,如发电机,如图所示。已知一台单相发电机转子导线框共有 N匝, 线框长为 l 1, 宽为 l 2, 转子的转动角速度为ω, 磁极间的磁感应强度为 B。导出发电机的瞬时电动势 E 的表达式。现在知