2012高考物理复习(第1轮)课件-交变电流(精)

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一、交变电流的产生及其变化规律
1.交变电流
大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流.如 图13-1-1所示的电流都属于交变电流，其中①图所示 的电流是按正弦规律变化的，叫正弦式交变电流.
图13-1-1
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2.正弦式交变电流的产生及其变化规律 (1)正弦交变电流的产生 平面线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴做匀速转动时， 产生正弦(或余弦)交变电动势，当外电路闭合时形成正
图13-1-2
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说明：在图象中可由纵轴读出交流电的最大值，由横轴 读出交流电的周期T或线圈转过的角度θ=ωt.
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矩形线圈在匀强磁场中匀速运动，所产生的交变电 流的波形如图13-1-3所示，可知( )
A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C.在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值 D.在t4时刻穿过线圈 的磁通量的变化率达 到峰值
终输出的主要为低频交变电流和直流电.所以D项正确.
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一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中， 线框平面与磁场垂直，电阻为0.36Ω.磁感应强度B随 时间t的变化关系如图13-1-8所示，则线框中感应电流 的有效值为( )
B
图13-1-8
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A.
2 10 A
-5
B.
6 10 A
-5
10
(3)正弦式交变电流的变化规律
若从线圈经过中性面开始计时，e=Emsinωt， i=Imsinωt;若从线圈平面与磁感线平行开始计时，
e=Emcosωt，i=Imcosωt.
说明：①角频率ω等于线圈转动的角速度；②最大值 Em=NBSω；③交变电流的变化规律与线圈的形状
以及转动轴处于线圈平面内哪个位置无关.
2
30
曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电
机，图13-1-11(a)为其结构示意图.图中N、S是一对 固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转 轴过bc边中点，与ab边平行，它的一端有一半径 r0=1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘接 触，如图13-1-10(b)所示.
C.
2
D.
10 A
-5
3 2
2
交流电的有效值 . 2 根据 得
B· a
2
10 A
-5
e |
t

a B t
2
|， i
e R
，
i | | 线框中产生的交变电流的周期 T=5s. Rt
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t=0~3s及t=3~5s内线框中的电流分别为
I1 = | ( 6 1 0 -0 ) ( 6 1 0 ) 0 .3 6 3 -0 ( 0 -6 1 0 ) ( 6 1 0 ) 0 .3 6 5 -3
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如图13-1-5所示，线圈L的自感系数和电容器的电容
C都很小(如L=100μH，C=100pF)，此电路的主要作用 是( )
A.阻直流通交流，输出交流
D
B.阻交流通直流，输出直流
C.阻低频通高频，输 出高频交变电流 D.阻高频通低频，输 出低频交变电流和直
流电
图13-1-5 25
因线圈L的自感系数很小，所以对低频成分的阻碍作 用很小，这样直流和低频成分能顺利通过线圈.电容器C为 一旁路电容，因其电容很小，对高频成分的阻碍作用很小， 这样部分通过线圈的高频成分又经电容器C形成回路，最
第十三章
交变电流电磁振荡和电磁波
第1讲 交变电流
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内容
交流发电机及其产生正弦式电 流的原理，正弦式电流的图象 和三角函数表达式 最大值与有效值，周期与频率
要求
Ⅱ Ⅱ Ⅰ
说明
电阻、电感和电容对交变电流 的作用.感抗和容抗
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内容
变压器的原理，电压比 和电流比 电能的输送
要求 Ⅱ Ⅰ
Ⅰ Ⅰ Ⅰ
说明
电磁场、电磁波，电磁 波的周期、频率、波长 和波速 无线电波的发射和接收 电视，雷达
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(4)交变电流的图象
正弦交流电的电动势、电流、电压图象都是正弦(或余 弦)曲线.交变电流的变化在图象上能很直观地表示出 来，例如图13-1-2所示可以判断出产生这交变电流的 线圈是垂直于中性面位置时开始计时的，表达式应为 e=Emcosωt，图象中A、B、C时刻线圈的位置A、B 为中性面，C为线圈平面平行于磁场方向.
BC
图13-1-3 14
t1和t3时刻线圈中的感应电流达到峰值，感应电 动势达到峰值，磁通量变化率达到峰值，磁通量为 零.t2和t4时刻感应电流为零，感应电动势为零，磁 通量的变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量 达到峰值.故选项BC正确.
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二、表征交流电的物理量
1.瞬时值：交变电流某一时刻的值.如e=Emsinωt. 2.最大值：交变电流最大的瞬时值，Em=nBSω. 3.有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流值叫做 交变电流的有效值.
t
R

BS R
.
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I 3
2A.
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三、电感和电容对交变电流的阻碍——感抗和容抗 1.电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自 感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流 变化，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用.
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电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示.线圈的自 感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就 越大，对交变电流的阻碍作用就越大，感抗就越大.理论 表明，自感系数为L的线圈通以频率为f的交变电流时，感 抗XL=2πfL.
R3ω=R2ω1
由以上各式解得 代入数据得ω=3.2rad/s.

2U BSN R 2 r0 R 3 R1
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假设自行车车头灯的额定电压为3V，为使灯 泡正常发光，自行车的行驶速度多大？ 线圈中产生的交变电流最大值 Em=NBω0S 又 ω0r0=ω1R1 ω1R1=v
Em
① ②
2U
③ ④
-3 -2 2 -3 -2 2
|= 2 1 0 A
-5
I2 =|
|= 3 1 0 A
-5
设有效值为I，则I2RT=I12Rt1+I22Rt2，得
I 1 t1 I 2 t 2 T
2 2
I=
=
(-2 1 0 ) 3 + (3 1 0 ) 2 5
-5
2
-5
2
A=
6 10 A ，
只要求讨 论单相理 想变压器
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正 弦 式 交 变 电 流
产生：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 大小：最大值、有效 表示交流的物理量 值、平均值 变化快慢：周期、频 率、角速度 描述 图象：i-t图 瞬时值表达式： 表示交流的方法
i=Imsin(ωt+φ)；最大值
Im,Um;有效值 I
Im 2 ,U U
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电容对交流阻碍作用的大小用容抗表示.电容器的电容越大， 交流的频率越高，充、放电进行得越快，容抗就越小.电
容为C的电容器通以频率为f的交流时，容抗
总结：电感对交流的作用是“通直流、阻交流”；“通低 1 XC . 频、阻高频”. 电容对交流的作用是“通交流、隔直流”；“通高频、阻 低频”.
2 π fC
由①②③④得
v
2 U r0 NBS
=
2 3 0 .0 1 8 0 0 0 .0 1 2 0 1 0
-4
m /s = 2 .7 m /s
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如图13-1-11所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁 感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻
为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀
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2.电容对交变电流的阻碍作用 电容器接在交变电源上时，电容器不断地充电和放电， 电路中具有电流，表现为交流“通过”了电容器. 电容器接通电源时，电源使导线中自由电荷向某一方向 做定向移动形成电流，但电容器两极板在此过程中由
于电荷积累而产生电势差，反抗电荷的继续运动，这 就是电容对交流电流的阻碍作用.
m
交流电路
2
5
电阻：R=ρl/S 阻抗 感抗：XL=2πfL 容抗：XC=1/2πfC
基本结构：铁芯、原线圈、 副线圈 基本原理：电磁感应 交流电路 理想变压器 基本公式： U1/U2=n1/n2,P1=P2(对只有一 个副线圈的变压器， I1/I2=n2/n1) 电能的输送：远距离输电
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变化的磁场在周围空间 产生电场 麦克斯韦电磁场理论 变化的电场在周围空间 电 产生磁场 磁 场 产生：电磁场由发生区域向远 和 处传播 电 特点：横波；在真空和介质中 磁 电磁波 都能传播 波 公式：v=λf(真空的波速 c=3.00×108m/s) 应用：电视、传真、雷达
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交流电的产生；有效值.
此时感应电流方向为当自行车车轮转动时，通过摩 擦小轮使发电机的线框在匀强磁场中转动，线框中产生 正弦交流电动势，其最大值Em=NBω0S. 式中ω0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度. 发电机两端电压的有效值
U
2 Em / 2.
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设自行车车轮转动的角速度为ω1，由于自行车车轮 与摩擦小轮之间无相对滑动，有R1ω1=r0ω0 小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同， 也为ω1.设大齿轮转动的角速度为ω，则
对正弦式交变电流，有效值和峰值的关系是
E Em /
2， U U
m
/
2， I I m /
2
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说明：各种交流电气设备上所标的额定电压或电流值， 交流电压表和交流电流表测量的值，熔断丝的熔断 电流以及通常所说的交流电压、交流电流值，均为 有效值；电容器的耐压值应与峰值对应；计算通过 电路的电量要用平均值.