正弦交流电的产生
正弦交流电的产生
物理组陈娟
正弦交流电是交流电里最基本、最简单的一种，所以正弦交流电占有其特殊地位。到底有哪些方式可以产生正弦交流电呢？本文归纳成以下几种。
方式1：线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电
这是产生正弦交流电的最基本方式，也是感应发电机的原理。线框的转动轴一般跟磁场方向垂直，线框平面跟磁场方向垂直的位置叫中性面。在中性面处磁通量最大，而感应电动势最小为零。最大值Eｍ＝nBSω，这一结果只要求转动轴与磁场方向垂直且与线圈在同一平面上即可，不要求转动轴在线圈的什么特殊位置上；这一结果也与线圈的形状无关。其瞬时值的表达式为e = Eｍsinωt。
方式2：穿过线框内的磁场成余弦变化产生正弦交流电
如图2所示，垂直穿过线圈的磁场强弱成余弦变化时，根
据麦克斯韦的电磁理论可知，在线圈中会产生正弦交流电。即
磁感强度B＝Bｍcosωt,则线圈中的电流i= B m S sinωt.(S
为线圈的面积)。这样形成的电流叫涡旋电流，在变压器的铁芯
中就存在着涡流；为防止因此而产生的损耗，所以变压器的铁
芯是由一片一片的硅钢片做成的。电磁炉就是利用这一原理制
成的。
方式3：导体棒匀速切割有界磁场时产生正弦交流电
例：如图3所示，一个被x轴与曲线
y=0.2sin10πx/3（ｍ）所围的空间中存在着匀
强磁场。磁场方向垂直纸面向里，磁感强度B＝
0.2T。正方形金属线框的边长是L＝0.40ｍ，电
阻R＝0.1Ω，它的一边与ｘ轴重合，在拉力F的
作用下，线框以ｖ＝10ｍ/s的速度水平向右匀速
运动。试求：（1）拉力F的最大功率是多少？（2）
拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区？
分析：导体切割有边界的磁场时，其有效长度L往往会发生变化，所产生的电流也会随之发生变化。特别在这一题中，边界为正弦曲线，所产生的电流即为正弦交流电。在解决本题第（2）问，必须知道在线框被拉过磁场区域时，线框
中产生的电流为正弦交流电的半波，因此其有效值为By m v/.
方式4：互感产生正弦交流电
这种方式就是变压器的原理，实际上就是一个电生磁磁
生电的过程，也就是互感现象。如图4所示，这里不再赘述。
方式5：滑动变阻器上的滑片做简谐运动时产生正弦交流电
例：在图5所示的电路中，滑线变阻器是由均匀电阻
绕成的，ｄ是它的中点，电源电动势E＝3V，内阻忽略不
计。问：
(1)若要在A、B间得到一正弦交流电压，滑动触头P
如何滑动？
(2)当A、B间得到正弦交流电压时，其电压有效值最大可能是多少？
解析：AB两点间的电压就是Pｄ间的电压。设滑线变阻器的总长为L，Pｄ
间长度为ｘ。由串联电路的特点可知，U AB＝，而E和L是定值，故欲使AB 间的电压为正弦电压，必须使ｘ随时间ｔ成正弦变化。因此，P应做简谐运动；即ｘ＝X M sinωt。振幅X M越大其最大值越大，当振幅X M取最大时其有效值为最大，
因此有效值最大为V。
方式六：导体棒做简谐运动而切割磁感线时产生正弦交流电
例：如图6所示，PQ和MN是平行放着的
两根金属导轨(电阻忽略不计)，其间距为L
左边接一阻值为R的电阻；右边有一导体棒
EF(电阻忽略不计)垂直放在导轨上。匀强磁场
垂直导轨平面向下，磁感强度大小为B. 问：
(1)导体棒在导轨上做何运动可以在电阻R上
得到正弦交流电？(2)若导体棒的速度为v
=V m sinωt, 那么电阻R在2π/ω时间内产生的焦耳热是多少？
解析：欲使电阻上得到正弦交流电，导体棒就应做简谐运动。正弦交流电的
电压有效值为BLVｍ/,电阻R在2π/ω时间内所产生的焦耳热为
.
方式七：LC振荡电路产生高频正弦交流电
在LC振荡电路中，当电容器C充电之后，在电感L的自感和电容C反复充放电的共同作用下，电路中就会产生高频正弦交
流电，叫做振荡电流。
除了以上几种方式之外，对压电材料施加周期性变化的作用力，压电材料由于其压电特性也会产生正弦交流电。压电材料现已广泛用于各种电气中。
正弦交流电的产生
正弦交流电的产生 物理组陈娟 正弦交流电是交流电里最基本、最简单的一种，所以正弦交流电占有其特殊地位。到底有哪些方式可以产生正弦交流电呢？本文归纳成以下几种。 方式1：线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电 这是产生正弦交流电的最基本方式，也是感应发电机的原理。线框的转动轴一般跟磁场方向垂直，线框平面跟磁场方向垂直的位置叫中性面。在中性面处磁通量最大，而感应电动势最小为零。最大值Eｍ＝nBSω，这一结果只要求转动轴与磁场方向垂直且与线圈在同一平面上即可，不要求转动轴在线圈的什么特殊位置上；这一结果也与线圈的形状无关。其瞬时值的表达式为e = Eｍsinωt。 方式2：穿过线框内的磁场成余弦变化产生正弦交流电 如图2所示，垂直穿过线圈的磁场强弱成余弦变化时，根 据麦克斯韦的电磁理论可知，在线圈中会产生正弦交流电。即 磁感强度B＝Bｍcosωt,则线圈中的电流i= B m S sinωt.(S 为线圈的面积)。这样形成的电流叫涡旋电流，在变压器的铁芯 中就存在着涡流；为防止因此而产生的损耗，所以变压器的铁 芯是由一片一片的硅钢片做成的。电磁炉就是利用这一原理制 成的。 方式3：导体棒匀速切割有界磁场时产生正弦交流电 例：如图3所示，一个被x轴与曲线 y=0.2sin10πx/3（ｍ）所围的空间中存在着匀 强磁场。磁场方向垂直纸面向里，磁感强度B＝ 0.2T。正方形金属线框的边长是L＝0.40ｍ，电 阻R＝0.1Ω，它的一边与ｘ轴重合，在拉力F的 作用下，线框以ｖ＝10ｍ/s的速度水平向右匀速 运动。试求：（1）拉力F的最大功率是多少？（2） 拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区？ 分析：导体切割有边界的磁场时，其有效长度L往往会发生变化，所产生的电流也会随之发生变化。特别在这一题中，边界为正弦曲线，所产生的电流即为正弦交流电。在解决本题第（2）问，必须知道在线框被拉过磁场区域时，线框 中产生的电流为正弦交流电的半波，因此其有效值为By m v/.
正弦交流电练习题
正弦交流电练习题 一．选择题 1．下列表达式正确的是（ ）。 A ． B ． C ． D ． 2．一台直流电动机，端电压为555 V ，通过电动机绕组的电流为 A ，此电动机运行3小时消耗的电能约为（ ）kW·h。 A ．4500 B ．450 C ．45 D ． 3．某一负载上写着额定电压220V ，这是指（ ）。 A ．最大值 B ．瞬时值 C ．有效值 D ．平均值 4．在正弦交流电路中，设的初相角为，的初相角为，则当时，与的相位关系为（ ）。 A ．同相 B ．反相 C ．超前 D ．滞后 5 在RLC 串联电路中，当电源电压大小不变，而频率从其谐振频率逐渐减小时，电路中的电流将（ ）。 A ．保持某一定值不变 B ．从某一最小值逐渐变大 C ．从某一最大值逐渐变小 D ．不能判定 6．如图所示，已知电流表的读数为11A ，的读数为6A ，则的读数为（ ）A 。 在正弦量波形图中，描述其在t =0时刻的相位是（ ）。 A ．最大值 B ．初相 C ．频率 D ．相位 8．图中（ ）属于直流电压的波形图。 A ． B ． C ． D ． 9．一正弦交流电压，它的有效值为（ ）。 A ． B ． C ． D ． 10．（ ）反映了电感或电容与电源之间发生能量交换。 A ．有功功率 B ．无功功率 C ．视在功率 D ．瞬时功率 11．在RLC 串联交流电路中，当电流与端电压同相时，则（ ）。 A ． B ． C ． D ． 12．正弦交流电路中，有功功率、无功功率和视在功率之间的关系是（ ）。 A ． B ． C ． D ． 13．RLC 串联电路发生谐振的条件是（ ）。 A ． B ． C ． D ． 14．一个耐压为250 V 的电容器接入正弦交流电路中使用，加在电容器上的交流电压有效值可以是（ ）。 A ．200 V B ．250 V C ．150 V D ．177 V 15．在R-L-C 串联的正弦交流电路中，当端电压与电流同相时，频率与参数的关系满足_____。 a)ωL 2C 2=1 b)ω2LC=1 c)ωLC=1 d)ω=L 2C 16．在R-L-C 串联的正弦交流电路中，调节其中电容C 时，电路性质变化 的趋势为____。 a)调大电容，电路的感性增强 b)调大电容，电路的容性增强 c)调小电容，电路的感性增强 d)调小电容，电路的容性增强 17．如右图所示为正弦交流电路，电压表V 1、V 2、V 读数分别是U 1、U 2、U ， 当满足U=U 1+U 2时，框中的元件应该是______。 a)电感性 b)电容性 c)电阻性 d)条件不够，无法确定 18．如左下图所示电路在开关S 断开时谐振频率为f 0，当S 合上时，电路谐振频率为___ 。 a)021f b)03 1f c)03f d)0f 19．上题图中，已知开关S 打开时，电路发生谐振，当把开关合上时，电路呈现____。 a)阻性 b)感性 c)容性 20．如下中图所示电路，当此电路发生谐振时，V 表读数为____。 a)s U b)大于0且小于s U c)等于0
【精选】正弦交流电一
三相正弦交流电（一） 1、交流电的优点 |Ψt 图一交流、直流电波形图 现在我们广泛地使用着交流电，主要原因是与直流电相比，交流电在产生、输送和使用方面具有明显的优点和经济意义。例如： （1）、电压的改变，通过变压器很方便就能实现。 a 在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。 b 对于用户来说，采用较低的电压既安全又可降低电器设备的绝缘要 求。 （2）、交流设备的使用优点。
如异步电动机比起直流电动机来，具有构造简单、性价比高，使用方 便等优点。 (3)、在一些非用直流电不可的场合，如工业上的电解和电镀，直流马达等， 也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。 2、交流电的分类 （1）正弦交流电和非正弦交流电 交流电有正弦和非正弦之分。 正弦交流电的优点： a,变化平滑 b.不易产生高次谐波 非正弦交流电：各种非正弦交流电都可由不同频率的正弦交流电叠加而 成（用傅里叶分析法），因此可用正弦交流电的分析方 法来分析非正弦交流电。 （2）正弦交流电的分类：以相的数目来分，有两相，三相，六相等。对 称三相因为有很多优点，所以应用最为广泛。 例如： a,在输送电能上，输电距离，输送功率，线间电压，输电材料都相同的 条件下，则三相输电所用的铜线（或铝线），比单相节约25%； b、同功率的三相发电机比单相发电机体积小，节约材料。 c、三相发电机的结构简单，维护和使用都其它为方便。
所以，目前世界上电力系统所采用的供电方式，绝大多数是属于三 相制的。 3 正弦交流电的三要素： 随时间按照正弦函数规律变化的电压和电流。由于交流电的大小和方向 都是随时间不断变化的,也就是说,每一瞬间电压（电动势）和电流的数值都不 相同,所以在分析和计算交流电路时,必须标明它的正方向。 确定一个正弦量必须具备三个要素，即振幅值，角频率和初相。也就是 说知道了三要素，一个正弦量就可以完全确定的表现出来。 |Π|Π 图二正弦电动势波形图 正弦交流电的三要素: (1)最大值(振幅值)
1 交流电的产生及变化规律
第十四章 交变电流 第一单元 交流电的产生及变化规律 基础知识 一．交流电 大小和方向都随时间作周期性变化的电流，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。 二．正弦交流电的变化规律 线框在匀强磁场中匀速转动． 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=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωt ωt 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=εm cos ωt ， i ＝I m cos ωt ωt 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 =2Blv =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 =m E R 三．几个物理量 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）此位置磁通量的变化率为零．所以 e=εm sin ωt=0， i ＝I m sin ωt=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： εm ＝B ωS 当为N 匝时εm ＝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=εm 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εm =2202V ，ω=100π，则e=2202sin100πtV ，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，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，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
知识讲解 正弦交流电的产生和描述(基础)
高考总复习：正弦交流电的产生和描述 编稿：李传安审稿：张金虎 【考纲要求】 1、知道交变电流的产生及正弦交变电流各物理量的变化规律、变化图像； 2、理解交变电流有效值的定义，会计算简单的非正弦交流电的有效值； 3、了解电容、电感对交变电流的影响。 4、会计算交流电路中的电压、电流、功率、热量、电量等。 【知识络】 【考点梳理】 考点一、交流电的产生及变化规律 1、交变电流：大小和方向随时间变化的电流叫交变电流，常见的交流电如下 本章所涉及的将是最简单的交变电流，即正弦交流电—随时间按正弦规律变化的电流。 2、特点
易于产生、输送、变压、整流，在生活中有广泛的应用，交流电路理论是电工和电子技术的理论基础。∴交流电在电力工程、无线电技术和电磁测量中有极广泛的应用，在工程技术中所使用的交流电也是各式各样的。它具有三大优点：变换容易、输送经济、控制方便，所以已经作为现代国民经济的主要动力。 在稳恒电流中，I —电流、U （E ）—电压（电动势），都是恒定值。但在本章，i —电流、e —电动势、u —电压，都是瞬时值，因为它随时间而变，所以实际上是i （t ）、e （t ）、u （t ）。 3、交变电流的产生机理 要点诠释： 法拉第发现电磁感应定律的最重要的应用就是制成发电机。 （1）发电机的组成 磁极、线圈（电枢） 旋转电枢：通过滑环、电刷通入外电路，一般产生的电压小于500V 旋转磁极：比较常用，几千~几万V 原理：利用线圈在磁场中绕某一固定轴转动，切割磁感线产生感应电动势，继而在闭合回路产生电流 能量转化：机械能→电能 （2）交流电的产生 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，角速度ω一定。其中ab 、cd 边切割磁感线，且ab 、cd 始终与速度v 垂直，从切割效果看总是两个电源串联，其俯视图为： 第一象限：方向—abcda (磁通量Φ减少) 大小：2sin 2sin sin cd cd od e NBl v NBl l t NBS t θωωωω==?= 第二象限：方向—abcda (磁通量Φ增加) 大小：2sin 2sin()sin()cd cd od e NBl v NBl l t NBS t θωπωωπω==?-=- sin e NBS t ωω=
(完整版)正弦交流电试题
一、选择题（每小题2分，共40分） 1、产生串联谐振的条件是（ ） A. XL ＞Xc B. XL ＜Xc C. XL ＝Xc D. XL≥Xc / 2、交流电的三要素是指最大值、频率、（ ）。 A. 相位 B. 角度 C. 初相角 D. 电压 3、串联谐振是指电路呈纯( )性。 A ．电阻 B. 电容 C. 电感 D. 电抗 4、正弦交流电的幅值就是（ ）。 A.正弦交流电最大值的2倍 B.正弦交流电最大值 C.正弦交流电波形正负之和 D.正弦交流电最大值的1.414倍 5、一电感线圈接到f=50Hz 的交流电路中，感抗XL=50Ω，若改接到f=150Hz 的电源时，则感抗XL 为（ ）Ω A ．150 B.250 C. ,10 D.60 6、一电容接到f=50Hz 的交流电路中, 容抗Xc=240Ω, 若改接到f=25Hz 的电源时，则容抗Xc 为（ ）Ω。 A. 80 B.120 C. 160 D. 480 7、纯电容电路的电压与电流频率相同, 电流的相位超前于外加电压为8.纯电容电路的电压与电流频率相同, 电流的相位超前于外加电压为（ ） A. 60° B. 30° C. 90° D. 180° 8、已知工频正弦电压有效值和初始值均为380V ，则该电压的瞬时值表达式为（ ） A 、t u 314sin 380=V ； B 、)45314sin(537?+=t u V ； C 、)90314sin(380?+=t u V D 、537sin(31490)u t =+?V /9、一个电热器，接在10V 的直流电源上，产生的功率为P 。把它改接在正弦交流电源上，使其产生的功率为P /2，则正弦交流电源电压的最大值为（ ） A 、7.07V ； B 、5V ； C 、14V ； D 、10V 。 10、提高供电线路的功率因数，下列说法正确的是（ ） A 、减少了用电设备中无用的无功功率； B 、可以节省电能； C 、减少了用电设备的有功功率，提高了电源设备的容量； D 、可提高电源设备的利用率并减小输电线路中的功率损耗 11、已知)90314sin(101?+=t i A ，?+=30628sin(102t i ）A ，则（ ） A 、i 1超前i 260°； B 、i 1滞后i 260°； C 、相位差无法判断。 12、纯电容正弦交流电路中，电压有效值不变，当频率增大时，电路中电流将（ ） A 、增大； B 、减小； C 、不变。 13、在RL 串联电路中，U R =16V ，U L =12V ，则总电压为（ ） A 、28V ； B 、20V ； C 、2V 。 14、如图所示为一正弦交流电路的一部分，电流表A 的读数是5A ，电流表1A 的读数是4A ，则电路中电流表2A 的读数是( ) A ．4A B ．1A C ．3A D ．0A
正弦交流电的产生教学设计
正弦交流电的产生教学设计 教学过程 复习旧课 提问:导体切割磁力线会产生感生电动势,感生电动势的大小与哪些物理量有关、方向如何确定? 方向:右手定则 大小:e=Blvsinα α--导体运动方向与磁感应强度方向夹角 引入新课 多媒体课件展示:正弦波、锯齿波、矩形波、尖脉冲波 这些电信号与前面所学的稳恒直流电相比具有一个共同点,即大小和方向均随时间周期性变化,这种电压、电流、电动势统称为交流电。而其中按正弦规律变化的即是正弦交流电。 交流电由于能方便地利用互感现象变换电压,便于远距离输送和用户的使用,在日常生活中广泛应用,那么它是如何产生的呢? 讲述新课 板书课题: §7-1正弦交流电的产生 一、设置悬念、激发探究(3分钟) 1、展示手摇发电机并简述其构成。 定子────一对磁极 转子────线圈、集电环 2、演示:先快速转动手柄,再缓慢旋转,提示学生观察小灯泡状态。 提问:小灯炮一闪一亮说明了什么? 引导学生共同回答:转子转动过程中有电流产生流经小灯泡。 结合实物说明:转子转动过程中与磁场方向垂直的导体切割磁力线(或磁通发生变化)产生了感生电动势,从而在闭合回路产生感生电流。 进一步询问:为什么是一闪一亮?流经小灯泡的到底是什么样的电流? 通过下面的分析过程我们可以找到答案。 二、分析交流电产生原理(18分钟) 1、用多媒体课件来模拟交流电产生过程 点击“播放”按钮,提示学生观察电流表指针位置如何变化。 提问:电流表指针如何动作? 现象:在指针零刻度两边周而复始地来回摆动。 设问:电流表指针位置变化说明什么? 结论:交流发电机产生的是交变电流,电流强度和电流方向都是随时间做周期性变化的。 提问:线圈在磁场中旋转一周时,交流电的方向改变几次?在什么位置变化?大小如何随之变化? 2、用“分步”画面将电流变化与线圈位置变化联系起来 将画面停在线圈与磁极分界面重合、转过90度、180度、270度、360度五个特殊位置观察。 ①先引导学生观察到线圈每经过磁极分界面感生电动势方向改变一次,并引出中性面概念。
1交流电的产生与描述
1．交变电流的产生与描述 一、交变电流的产生和变化规律 1定义：按_______________________变化的交变电流，简称正弦式电流． 2产生：将闭合矩形线圈置于________磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中就会产生正(余)弦交变电流． 3产生过程 ①线圈平面位于中性面时，穿过线圈的磁通量_________，磁通量的变化率为________，感应电动势为__________，其中E m＝___________ ②线圈转动一圈，经过中性面两次，内部电流方向改变两次． ③线圈平面与中性面垂直时，磁感线与线圈平面__________，穿过线圈的磁通量为__________，但磁通量变化率____________，感应电动势___________ 4正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)： ①电动势e随时间变化的规律为e其中E m＝_______ ②电压u随时间变化的规律为u＝__________ ③电流i随时间变化的规律为i＝__________ . ④正弦式交流电的电动势e，电流i和电压u其规律可用图表示．(正弦交流电 的图象) 例1．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则( ) A．电压表的示数为220 V B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J 二、交流电的描述（T、f、瞬时值、最大值、有效值、平均值） 例2．如图所示，交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁 感应强度为B，线圈匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R.当线圈 由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求： (1)通过R的电荷量q为多少？ (2)R上产生的电热Q R为多少？ (3)外力做的功W为多少？ 例3．如图所示，表示一交流电随时间而变化的图象，其中电流的正值为正弦 曲线的正半周，其最大值为I m；电流的负值的强度为I m，则该交变电流的有 效值为多少？ 练习 1．一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，下面的说法正确的是() A．t1时刻线圈中感应电动势最大 B．t2时刻导线ad的速度方向与磁场方向垂直 C．t3时刻线圈平面与中性面垂直 D．t4、t5时刻线圈中感应电流方向相同 2．正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图所示的方式 连接，R＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V．图是交变电源 输出电压u随时间t变化的图象，则()