交流电的产生与描述
交变电流的产生及描述
交变电流的产生与描述一、交变电流的产生和变化规律1、 交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。
2、 正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。
4、正弦式交流电的产生和变化规律 （1）产生过程 （2）规律函数形式：N 匝面积为S 的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt ，用Em 表示峰值NBSω，则t E e m ωsin =，电流t i R E R em ωsin ==。
二、 描述交变电流的物理量1、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。
（1）周期T ：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S ），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:交变电流在1s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz ，频率越大，交变电流变化越快。
（3）关系：πω21==T f 2、瞬时值、最大值、有效值和平均值（1）感应电动势瞬时值表达式：(在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。
) 若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：t e e m ωsin =（伏）。
感应电流瞬时值表达式：t I i m ωsin ·=（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：t e m ωεcos ·=（伏）。
感应电流瞬时值表达式：t I i m ωcos ·=（安）（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。
m ε——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。
应强调指出的是，m ε与线形状无关，与转轴位置无关，其表达式为ωεNBS m =。
交流电的产生原理
交流电的产生原理
交流电的产生原理是利用电磁感应现象而实现的。
电磁感应是指导体在磁场中运动时会产生感应电动势的现象。
而交流电就是指电流方向定期地反转的电流。
交流电的产生有几种常见的方式。
第一种方式是通过旋转线圈在磁场中。
当一个线圈在磁场中旋转时，线圈内部的磁通量随着角度的变化而变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会引起线圈内部的感应电动势。
当线圈的角速度与旋转频率相等时，感应电动势的大小和方向也发生周期性的变化，从而产生交流电。
这种产生交流电的装置叫做发电机。
第二种方式是通过交变磁场的作用。
当一个磁场的方向周期性地变化时，磁场中的导体会产生感应电动势。
这也是电磁感应现象的另一种表现形式。
可以利用这一原理来产生交流电。
一种常见的装置是变压器，它利用一个交变电源产生交变磁场，从而感应出交流电。
第三种方式是利用振荡电路。
振荡电路是由电容器和电感器组成的电流变化周期性的电路。
当电容器和电感器在不同的时间间隔内充放电时，电路中的电流大小和方向会周期性地变化。
这样就可以产生交流电。
振荡电路广泛应用于无线电和通信技术中。
通过以上方式，我们可以实现交流电的产生。
交流电具有频率可调、方便输送等优点，广泛应用于生活和工业中。
第一节交流电的产生和描述【知识预习】1.我们把的电流,称为交变电流
第一节交流电的产生和描述【知识预习】1.我们把的电流，称为交变电流，俗称交流电。
2.交流电的产生：将线圈置于中，并绕垂直于磁感线的轴，就会产生正（余）弦交变电流。
3.中性面：（1）线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量，磁通量的变化率为，感应电动势为。
（2）线圈转动一周，次经过中性面，线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。
4.线圈经过位置时，感应电动势最大，感应电动势的最大值为E m=(设线圈的面积为S、匝数为N、磁感应强度为B、线圈绕轴转动的角速度为ω)5.交流的有效值：根据电流的来规定的，即用直流和交流分别给同一个电阻供电，若果在相同的时间内产生的电热相同，我们就把直流叫做交流的有效值。
我们平时所说的照明电压220V，动力电压380V指的都是交流的有效值。
另外，用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流，交流电压表、电流表所测量的读数都指的是交流的有效值。
对于正、余弦交流电，最大值与有效值的关系为：E= ；U= ；I= 。
【预习检测】1.我国交流电的周期为50Hz，那么1min内电流的方向改变多少次？2.一正弦交变电流的最大值为5A，它的有效值是多少？3.下列关于中性面位置的说法中，正确的是：A.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电动势最大B.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的感应电动势最大C.线圈经过中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电动势为零D.线圈每经过中性面位置一次，感应电流的方向改变一次。
*4.如图所示，一矩形线圈abcd置于磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴O以角速度ω从位置Ⅰ开始逆时针匀角速转动，经过时间t到达位置Ⅱ，试写出线圈处于位置Ⅱ时的感应电动势的表达式。
（ab=l1，cd=l2）5.某正弦交流电的图像如图所示，则由图像可知：A.该交流电的频率为0.02Hz BB.该交流电的有效值为14.14AC.该交流电的瞬时值表达式为i =20sin(0.02t)D.在t=T/8时刻，该交流的大小与其有效值相等 【典例精析】 1.交流电的产生【例题1】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e 随时间t 变化的规律如图所示，则下列说法中正确的是：A. t 1时刻通过线圈的磁通量为零B. t 2时刻通过线圈磁通量的绝对值最大C. t 3时刻通过线圈磁通量的变化率最大D.每当感应电动势e 变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都是最大的 【分析】【跟踪练习1】线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流的图像如图所示，由此可知：A.在A 和C 时刻线圈处于磁通量变化率最大的位置B.在A 和C 时刻穿过线圈的磁通量为最大C.在B 时刻到D 时刻，穿过线圈的磁通量现变大后变小D.若从A 时刻到B 时刻经过0.01s ，则在1s 内交变电流的方向改变50次【例题2】如图所示，矩形线圈abcd （已知ab 边长为L 1，ad 边长为L 2）在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕OO′ 轴以角速度ω从图示位置开始匀角速转动，则线圈中感应电动势的大小为： A.2/sin 21t L BL ωω B. 2/cos 21t L BL ωω C.t L BL ωωsin 21 D.t L BL ωωcos 21【分析】【跟踪练习2】如图所示，一正方形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′ 匀速转动，沿着OO′ 观察，线圈沿逆时针方向转动。
交流电的产生
交流电的产生一、交流电的产生1、交流电：大小和方向都随时间作周期性变化的电流或电压称为交流电。
2、交流电的产生：线圈在匀强磁场中，绕垂直磁场的轴匀速转动时，线圈abcd 中就产生按正弦规律变化的感应电动势，闭合电路中就产生了按正弦规律变化的感应电流。
如图所示。
为更方便说明问题，把图1改画为图2，图2的位置3正与图1所示的位置相对应，根据切割磁感线产生感应电动势的规律，利用右手定则定性判断感应电流的大小，方向随线圈转动而变化的具体情况，以分析1、2、3位置为主。
注意分析过程应指出：中性面：线圈在位置1即线框平面与磁感强度方向垂直时，磁通量最大，但导线ab ，cd 的速度方向与磁感应强度B 方向平行而不切割磁感线，因此不产生感应电动势，故称之为中性面；可见，在此位置虽然磁通量最大，但磁通量的变化率为零。
最大磁通量应为21L BL BS m ==φ，而跟线圈的匝数没有关系。
线框平面与B 平行时，ab,cd 边速度方向与B 垂直，因而产生感应电动势最大，线圈在此位置的磁通量虽然为零，但穿过线圈的磁通量的变化率最大，最大值为ωωφ21L BL BS tm ==∆∆，由于线圈有N 匝，相当于有N 个电源相串联，所以产生的最大感应电动势为ωωφ21L NBL NBS t NE m m ==∆∆= 线框每转一周，感应电流便为一次周期的性的变化，电流方向变化两次。
3、正弦交流电的产生：线圈在匀强磁场中，绕垂直磁感强度的轴ＯＯ′匀速转动时，产生的交流电为正弦交流电，即电动势，电流大小，方向按正弦规律变化。
若图1所示线框ab=L ,bc=l ,ＯＯ′过cb, da 中间，线框以角速度ω匀速转动。
线框从与中性面重合时ad 位置开始计时，经过ts ，转至a ′d ′位置夹角α＝ω t ，速V 与B 不垂直，将其分解为⊥V 、||V 两个分速度，切割磁感线的分速度为,⊥V t l V V ωωαsin 21sin ==⊥， 则，t l BL ωωεsin 212⋅=，即t BLl ωωεsin =，ωBLl 均为不变的量，ε将按t ωsin 的规律变化。
交流电的工作原理
交流电的工作原理一、引言交流电是我们日常生活中不可或缺的电力形式之一。
它被广泛应用于家庭、工业和商业等领域。
本文将详细介绍交流电的工作原理。
二、交流电的定义交流电是指在电路中不断变化方向的电流，其大小和方向都随时间而变化。
它与直流电不同，后者只有一个方向。
三、交流电的产生1. 旋转磁场原理交流电的产生基于旋转磁场原理。
当通过线圈通以交变电压时，线圈内将会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场会导致线圈内的导体发生运动，从而产生交流电。
2. 发电机原理发电机是一种能够将机械能转换为电能的设备。
它通过旋转磁场原理来产生交流电。
发动机驱动发电机转动，使得发电机内部的线圈与磁极相互作用，从而产生旋转磁场。
这个旋转磁场会导致线圈内的导体运动，从而产生交流电。
四、交流电的特点1. 方向随时间变化由于其方向随时间变化，交流电的平均值为0。
这意味着交流电不会在电路中产生永久性的电荷积累。
2. 频率交流电的频率是指其方向变化的速度。
在欧洲和亚洲，交流电的频率通常为50赫兹（Hz），而在北美，频率通常为60Hz。
3. 有效值由于交流电的大小和方向都随时间而变化，因此无法直接测量其大小。
相反，我们使用有效值来表示其大小。
有效值是指一段时间内交流电平方的平均值再开根号。
五、交流电与直流电的比较1. 方向不同直流电只有一个方向，而交流电方向随时间变化。
2. 大小不同直流电大小恒定，而交流电大小随时间变化。
3. 传输距离不同直流电可以传输很远距离，而交流电传输距离较短。
4. 应用不同直流电主要用于低功率设备和通信系统中，而交流电主要用于家庭、工业和商业等领域。
六、结论本文详细介绍了交流电的工作原理、产生方式、特点以及与直流电的比较。
交流电是我们日常生活中不可或缺的电力形式之一，我们需要了解其工作原理以更好地应用它。
交流电的产生和变化规律
abcda
abcda
v
a
d
v
0
dcbad
0
中性面: 垂直于磁场方向的平面.
中性面特点:
v
1) 磁通量最大, 磁通变化率最小, 电动 a
d
势最小,电流为零.
v 2) 线圈每经过中性面,电流方向改变一
次,线圈转动一周, 电流方向改变两次. 电
流
0
二. 交流电的图象和变化规律 1. 函数表达式
t = 0 时刻, 线圈位于中性面.
线圈转动的加速度为ω, 边长为L
ad边与bc边永不切割磁感线，只有ab 边与cd边切割磁感线，
θ
据右手定则或楞次定律，可知，两边ab与cd 切割的感应电动势是串联关系.
经过时间t 时: 令cd边切割磁感线产生的感应电动势为E0 则: E0 = BL cd Vd = BL cd ω (L ad /2) sin θ=
= BL cd ω (L ad /2) sin ω t
同理, ab边切割磁感线产生的感应电动势为
θ
E`0 = BL ab Va= BL ab ω (L ad /2) sin (π-θ) =
= BL ab ω (L ad /2) sin ω t
一匝线圈产生的感应电动势
E = E0+ E0` = BL cd ω (L ad /2) sin ω t + BL ab ω (L ad /2) sin ω t = BL cd L ab ω sin ω t = B S ω sin ω t
2. 分类
旋转电枢式交流发电机 旋转磁极式交流发电机
作业： 《互动课堂》P112 1-5
交流发电机的主要结构： 磁极 线圈
灯在闪烁
交流电产生原理
交流电产生原理
交流电是指电流方向和大小都随时间变化的电流，它是由交流发电机产生的。
交流电产生的原理是基于电磁感应现象和发电机的工作原理。
在发电机中，通过相对运动的导体和磁场之间的相互作用，产生感应电动势，从而产生交流电。
首先，我们来看电磁感应现象。
法拉第电磁感应定律指出，当导体相对于磁场
运动或磁场相对于导体运动时，就会在导体中产生感应电动势。
这意味着，当导体在磁场中运动或磁场相对于导体发生变化时，就会产生感应电动势，从而产生电流。
这就是电磁感应现象，也是交流电产生的基础。
其次，我们来了解发电机的工作原理。
发电机是利用电磁感应现象将机械能转
化为电能的装置。
在发电机中，通过旋转的励磁电流产生磁场，这个磁场会穿过导体，当导体相对于磁场旋转时，就会产生感应电动势，从而产生电流。
这个电流的方向和大小都是随着导体的旋转而变化的，因此产生了交流电。
总结来说，交流电产生的原理是基于电磁感应现象和发电机的工作原理。
通过
导体和磁场之间的相互作用，产生了感应电动势，从而产生了交流电。
交流电在现代生活中有着广泛的应用，了解交流电产生的原理对我们理解电力系统和电器设备的工作原理具有重要意义。
高中物理 交流电的产生和描述
3.两个特殊位置
(1)中性面特点：
B⊥S，Φ最大，E=0 ,I=0， 电流方向发生改变,一个周期，电
(2)垂直中性面时：
B//S，Φ=0，E、I最大, 最大 t
流改变两次
从中性面开始计时
从平行面开始计时
三、表征交变电流的物理量
1、描述交变电流变化快慢的物理量
（1）．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间. 用T表示，单位是s． （2）．频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数，用f 表示，单位是Hz．
若它们在相同的时间内产生的热量相等，那么把该恒定电流的数值规定为这个交变
电流的有效值 注：（时间一般取一个周期）
(1) 根据定义计算: （2）正（余）弦式交流电：
E Em I Im U Um
2
2
2
3.四值的应用： （1）计算电荷量用平均值
q=I
t=
E
t
N
t
t
N
R
R
R
（2）电容器的耐压值（击穿电压）指的是最大值
高中物理 交流电的产生和描述
目标导航
• 1理解什么是交流电以及交流电的产生过程 • 2明确交流电“四值”的含义并能正确应用“四值”解决问
题
一、交变电流
1、交变电流(AC): 方向一定改变
大小和方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流（AC） 按正弦规律变化的正弦交流电。
2Байду номын сангаас直流(DC): 方向不变
1.U1由电源决定； 2.U2由U1和匝数比决定； U2＝n2/n1·U1
3.输入功率P1由输出功率P2决定；P1＝P2 4.I2由U2和负载决定； I2＝U2／R
5.I1由I2和匝数比决定； I1＝n2/n1·I2
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3．交变电流的产生与描述
一、交变电流的产生和变化规律
1．交变电流：大小和________都随时间做____________变化的电流，简称交流．
2．正弦式交变电流
(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)中性面：与磁场方向___________的平面．
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
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 ．t 1时刻线圈中感应电动势最大
B ．t 2时刻导线ad 的速度方向与磁场方向垂直
C ．t
3时刻线圈平面与中性面垂直
D ．t 4、t 5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( )
A ．通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R ＝2cos 100πt(A)
B ．通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R ＝2cos 50πt(A)
C ．R 两端的电压u R 随时间t 变化的规律是u R ＝52cos 100πt(V)
D ．R 两端的电压u R 随时间t 变化的规律是u R ＝52cos 50πt(V)
3．如图甲所示，为电热毯的电路图，电热丝接在U ＝311sin
100πt V 的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P
使输入电压变为图乙所示的波形，从而进入保温状态，若电
热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是( )
A ．110 V
B ．156 V
C ．220 V
D ．311 V
4．交流发电机在工作时的电动势为e ＝E 0sin ωt ，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为( )
A ．E 0·sin ωt 2
B ．2E 0·sin ωt 2
C ．E 0·sin 2ωt
D ．2
E 0·sin 2ωt 5．如图所示，在同一个平面内，有两个线圈M 、N ，在线圈M 的两端
a 、
b 接正弦交变电流，从t ＝0时刻起，电流开始从a 端进入线圈M ，
在交流的一个周期内，线圈N 中的感应电流随时间的变化图象是图中的
哪一个？(设N 中的感应电流方向与M 中的相同为正，相反为负．)
6．如图所示，矩形线圈共100匝，ab ＝0.8 m ，ad ＝0.4 m ，在磁感应强度为0.5 T 的匀强磁场中绕垂直磁感应线的OO ′轴以每秒50转的速度转动．
(1)线圈在什么位置时感应电动势最大，且为多少？
(2)以图示位置为计时时刻，电动势的变化规律怎样？
(3)从图示位置转过90°过程中感应电动势有效值为多少？
(4)从图示位置转过90°过程中感应电动势的平均值为多少？
(5)从图示位置开始计时，t ＝1150
s 时，线圈中感应电动势是多大？
7．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝0.5 T ，边长L ＝10 cm 的正方形线圈abcd
共100匝，线圈电阻r ＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO ′匀速转动，角速
度ω＝2π rad/s ，外电路电阻R ＝4 Ω.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)转动60°角时瞬时感应电动势；
(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；
(4)交流电压表的示数；
(5)转动一周外力做的功．
8．矩形单匝线框ABCD 的面积S ＝0.2 m 2，其电阻r ＝4 Ω，该线框以角速度ω＝3 rad/s ，绕过AB 、CD 边的中点OO ′为轴转动．空间中存在着以OO ′上面为理想边界的且垂直于纸面水平向里的匀强磁场，磁感应强度B ＝1.0 T ．OO ′与导线良好接触，导线间连有阻值为R ＝2 Ω的电阻．设t ＝0时刻，该线框从竖直位置开始转动，AD 边向里、BC 边向外，如图所示．
(1)写出从t ＝0时刻线框开始转动，一个周期内通过电阻R 的电流瞬时值表达式
(用分段函数表示)．并画出其一个周期i －t 图象(设从M 流向N 的电流方向为正
方向)．
(2)求出电阻R 上的电功率．
9．如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n ＝
100匝，电阻r ＝1.0 Ω，所围成的矩形的面积S ＝0.040 m 2，小
灯泡的电阻R ＝9.0 Ω，磁场的磁感应强度随时间变化的规律
如图乙所示，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e ＝
nBmS 2πT cos 2πT
t ，其中B m 为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期．不计灯丝电阻值随温度的变化，求：
(1)线圈中产生感应电动势的最大值．
(2)小灯泡消耗的电功率．
(3)在磁感应强度变化的0～T 4
时间内，通过小灯泡的电荷量．。