5.1交变电流

高二物理交变电流知识点交变电流是高中物理学中的一项重要知识点。

在学习交变电流时，我们需要了解交变电流的定义、特点以及相关的数学表达式，以便更好地理解和应用这一知识。

1. 交变电流的定义交变电流是指方向和大小都随时间变化的电流。

与直流电流不同，交变电流的方向在一个周期内不断反向变化。

交变电流广泛应用于家庭、工业和能源等领域。

2. 交变电流的特点2.1 频率：交变电流的频率指的是电流变化方向的周期性重复次数，单位为赫兹（Hz）。

在家庭用电中，常见的频率为50Hz。

2.2 周期：交变电流的周期是指电流从一个方向到另一个方向再返回相同方向所需的时间。

周期的倒数即为频率的数学倒数。

2.3 有效值：交变电流的有效值是指与相同功率的直流电流具有相同的能量消耗效果的交变电流值。

有效值可以通过电流的均方根值计算得到。

3. 交变电流的数学表达式交变电流可以用正弦函数来进行数学表示。

假设电流的峰值为I0，角频率为ω，时间t，那么交变电流可以表示为：I(t) = I0 * sin(ωt)在上述公式中，t为时间变量，I(t)为交变电流强度。

4. 交变电流的应用4.1 家庭用电：家庭中的电源输出的交变电流供应给家电以及照明设备。

通过控制交变电流的电压和频率，可以满足不同家电设备的能量需求。

4.2 工业用电：工业生产中，大部分设备和机器都需要交变电流供电。

通过交变电流可以实现不同功率的电动机、变压器和发电机等设备的正常运行。

4.3 能源传输：交变电流在能源传输和分配中起到关键的作用。

由于交变电流可以经过变压器增减电压，通过输电线路进行远距离传输，使电能得以高效地送达各个地方。

总结：高二物理交变电流知识点包括了交变电流的定义、特点、数学表达式以及应用。

掌握这些知识点可以帮助我们更好地理解和应用交变电流，在日常生活和工作中更好地应对电流和电能的需求。

通过学习交变电流，我们也可以更深入地了解电流在不同领域的应用，为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。

物理学案慈济中学高二物理备课组§51 交变电流设计人：尚勇备课组长：林玉勇共1课时一、学习目标（一）知识与技能1、知道正弦交流电是矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生的.知道中性面的概念.2、掌握交变电流的变化规律及表示方法，理解描述正弦交流电的物理量的物理含义.3、理解正弦交流电的图像，能从图像中读出所需要的物理量.（二）过程与方法1、掌握描述物理规律的基本方法一一文字法、公式法、图像法.2培养学生观察能力、空间想象能力、立体图转化为平面图进行处理问题的能力（三）情感、态度与价值观培养学生的分析推理能力和抽象思维能力二、重点难点1、重点：交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点.2、难点：交变电流产生的物理过程的分析.三、教学方法引导分析、分组交流与讨论、类比法、比较法四、教学准备学案、多媒体设备、条形磁铁、蹄形磁铁、线圈、导线和开关、电源、电流计、图片,五、教学过程（一）自主学习（8分钟）1. 感应电动势的大小△①基本式：E = ________ 法拉第电磁感应定律）导出式：E=_______ （导体切割磁感线时的感应电动势）Bl v2.感应电动势的方向基本规律：_________________ 次定律导出规律：口诀“左力右电” ）右手定则3. ________ 和_______ 都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流_____________ （AC）;________ 随时间变化的电流称为直流（DC）. _______________ E不随时间变化的电流称物理学案慈济中学高二物理备课组为恒定电流.大小方向方向大小和方向4. 交变电流产生的方法：线圈在 ________ 场中绕 _________ 磁感线的轴_________ 专动•匀强垂直匀速5. 交变电流的变化规律（1）正弦式交变电流：按 _______________ 律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，其电动势瞬时值表达式为e= ___________ .⑵当正弦式交变电流的负载为灯泡等用电器时，负载两端的电压u流过的电流i也按_________________ 化，即u = __________ ,i= _________ .（二）问题探究（25分钟）一、交变电流［问题设计］1. 把图1电路接在干电池的两端时，可以观察到的现象是什么？2. 答案当接在干电池两端时，只有一个发光二极管会亮.2•把图1电路接在手摇式发电机两端时，又会观察到怎样的现象？答案当接在手摇式发电机两端时两个发光二极管间或的闪亮,原因是发电机产生与直流不同的电，两个发光二极管一会儿接通这一个，一会儿再接通另外一个，电流方向不停地改变.变电流的产生［问题设计］如图2所示，当线圈在磁场中绕00'轴转动时，哪些边切割磁感线? 化？线圈转到哪些位置时没有感应电流? 产生电流的大小和方向为什么会变乙答案~~当线圈在磁场中绕 00'轴转动时，AB 、CD 边切割磁感线产生感应电流，由于两边 切割磁感线的有效速度大小及方向不断改变，所以产生的感应电流大小和方向不断变化•线 圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们称之为中性面.三、交变电流的变化规律［问题设计］如图3所示，线圈平面从中性面开始转动，角速度为 t ，线圈转过的角度是31，ab 边的线速度v 的方向跟磁感线方向间的夹角也等于3 t.设ab 边 长为L1，be 边长为L2，线圈面积S = L1L2，磁感应强度为B ，贝⑴ab 边产生的感应电动势多大？(2) 整个线圈中的感应电动势多大？(3) 若线圈有N 匝，则整个线圈的感应电动势多大？答案 (1)eab = BLIvsin 31 = BL1 L ；3 sin 31=*BL1L2 3 sin 31= 2BS 3 sin 31(2)整个线圈中的感应电动势由ab 和cd 两部分组成，且 eab = ecd ，所以 e = eab + ecd = BS 3 sin 3 t⑶若线圈有N 匝，则相当于N 个完全相同的电源串联, 所以 e = NBS 3 sin 31例1如图4所示，矩形线圈边长为ab = 20 cm ，bc = 10 cm ，匝数N = 100匝，磁场的磁感应强度 B = 0.01 T .当线圈以n = 50 r/s 的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时，求：(1) 线圈中交变电动势瞬时值表达式；(2) 从线圈开始转动起，经0.01 s 时感应电动势的瞬时值.解析 (1)转动角速度3= 2 n n = 100 n rad/s_n 电动势瞬时值表达式：e = NBS 3 sin(3 t +石)n所以 e = 2 n sin （100n t +石）Vn ⑵经0.01 s 时e = 2n sin(n +石)V =— n V ，负号表示与原方向相反 课堂训练1.线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流的图象如图 A .在t1、t3时刻线圈处于中性面位置B .在t2、t4时刻穿过线圈的磁通量为零C .从t1时刻到t4时刻线圈转过的角度为nD .若从0时刻到t4时刻经过0.02 S ,则在1 s 内交流电的方 向改变100次解析 线圈在磁场中从题图位置开始匀速转动时可以产生按余 弦规律变化的交流电.对于题图起始时刻，线圈的 cd 边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬 时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定3 .经过时间6所示，由图象可知( )的正方向相同.所以C对.2. 如图8（a）所示，一矩形线圈abed放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴00'以角速度3逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角45 °时为计时起点，如图（b）所示，并规定当电流自a流向b时电流方向为正.贝U下面所示的四幅图中正确的是（）解析t1、t3时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，t2、t4时刻感应电流为零，线圈在中性面，磁通量最大.从t1时刻到t4时刻线圈转过的角度为3n /2.从0时刻到t4时刻经过0.02 s,线圈转动周期T = 0.02 s,在1 s内交流电的方向改变100次.D正确.六、课堂小结（2分钟）.「定义：大小和方向都随时间做周期性变化—I 「产生：在匀强磁场中•绕垂直于磁场方向的轴交变:正弦式交做匀速转动的、按正弦规律变化的交变电流电流<变电流瞬时值表达式；尸氏血吹或e=E-r.cos祖L 〔图象：正弦（或余弦）函数七、教学反思。

交变电流知识点总结一、交变电流1定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流，用符号“~”表示。

2特点：电流方向随时间做周期性变化，是交流电最主要的特征，也是交流电与直流电最主要的区别。

3、正弦式交变电流交流电产生过程中的两个特殊位置中性面位置与中性面垂直的位置S0，最小nBSω，最大感应电流最大，方向不变图像4、描述交变电流的物理量 4.1周期和频率（1）周期：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间叫做交变电流的周期，用符号T 表示，其单位是秒（s ）。

（2）频率：交变电流在1s 内完成周期性变化的次数叫做交变电流的频率，用符号f 表示，其单位是赫兹（Hz ）。

5、解题方法及技巧5.1正弦交变电流图像的信息获取⎧⎪→⎧⎪⎨⎪→⎨⎪⎪⎪→⎩⎩直接读取：最大值、周期最大值有效值图像信息间接获取周期频率、角速度、转速瞬时值线圈的位置 5.2交变电流有效值的求解方法（1）对于按正（余）弦规律变化的电流，可利用交变电流的有效值与峰值的关系求解，即E =、U =、I 。

（2）对于非正（余）弦规律变化的电流，可从有效值的定义出发，由热效应的“三同原则”（同电阻、同时间、同热量）求解，一般选一个周期的时间计算。

5.3交变电流平均值和有效值的区別求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，q It =。

平均值的计算需用E tΦ∆=∆和E I R =。

切记122E E E +≠，平均值不等于有效值。

三、变压器和远距离输电 1、变压器的构造如图甲所示为变压器的结构图，它是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

跟电源相连的叫原线圈；另一^线圈跟负载连接，叫副线圈。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

图乙是电路符号。

2、工作原理变压器的工作原理是电磁感应的互感现象。

当在原线圈上加交变电流时，电流的大小和方向不断改变，它在铁芯中产生交变的磁场，穿过副线圈，变化的磁场在副线圈上产生感应电动势。

这样原、副线圈在铁芯中的磁通量发生了变化，从而发生互感现象，产生了感应电动势。

5.1交变电流【基础知识梳理】知识点01 交变电流1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流．2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流．知识点02 交变电流的产生闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．知识点03 交变电流的变化规律1．中性面(1)中性面：与磁感线垂直的平面．(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零，且线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，故线圈转动一周电流方向改变两次．2．从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Em sin ωt，Em叫做电动势的峰值．【实例】交变电流的产生假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图1甲至丁所示，则：图1(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向的变化情况．(2)线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？答案(1)转动过程电流方向甲→乙B→A→D→C乙→丙B→A→D→C丙→丁A→B→C→D丁→甲A→B→C→D(2)线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大．线圈转到甲或丙位置时线圈中电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面．【补充】两个特殊位置1．中性面位置(S⊥B，如图1中的甲、丙)线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，ΔΦΔt为0，e为0，i为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．2．垂直中性面位置(S∥B，如图1中的乙、丁)此时Φ为0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大．【实例】如图2所示，线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动，角速度为ω.经过时间t，线圈转过的角度是ωt，ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1，bc边长为L2，线圈面积S＝L1L2，磁感应强度为B，则：图2(1)ab边产生的感应电动势为多大？(2)整个线圈中的感应电动势为多大？(3)若线圈有n匝，则整个线圈的感应电动势为多大？答案(1)eab ＝BL1vsin ωt＝BL1L2ω2sin ωt＝12BL1L2ωsin ωt＝12BSωsin ωt.(2)整个线圈中的感应电动势由ab和cd两边产生的感应电动势组成，且eab ＝ecd，所以e总＝eab＋ecd＝BSωsin ωt.(3)若线圈有n匝，则相当于n个完全相同的电源串联，所以e＝nBSωsin ωt. 【补充】1．峰值表达式E m ＝nBSω，Im＝EmR＋r＝nBSωR＋r，Um＝ImR＝nBSωRR＋r说明电动势峰值Em＝nBSω由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S共同决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图3所示的几种情况中，如果n、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同．图32．正弦交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时e＝Em sin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt.(2)从与中性面垂直的位置开始计时e＝Em cos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt.【总结】确定正弦式电流电动势瞬时值表达式的基本方法1．确定线圈转动从哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化．2．确定线圈转动的角速度．3．确定感应电动势的峰值Em＝nBSω.4．写出瞬时值表达式e＝Em sin ωt或e＝Emcos ωt.知识点04 交变电流的图象如图4甲、乙所示，从图象中可以得到以下信息：图4(1)交变电流的峰值Em 、Im和周期T.(2)两个特殊值对应的位置：①e＝0(或i＝0)时：线圈位于中性面上，此时ΔΦΔt＝0，Φ最大．②e最大(或i最大)时：线圈平行于磁感线，此时ΔΦΔt最大，Φ＝0.(3)e、i大小和方向随时间的变化规律．【例题讲解】一、交变电流的理解1．对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是（）A．电流大小变化，方向不变，是直流电B．电流大小、方向都变化，是交流电C．电流的周期是0.2s，最大值是0.2AD．电流做周期性变化，是交流电2．某实验装置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B。

高二物理选修32_第五章交变电流知识点总结第五章交变电流5.1 交变电流一、直流电(DC) 电流方向不随时间而改变交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流交流发电机模型的原理简图二、交变电流的产生中性面线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面(1)线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零(2)线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次三、交变电流的变化规律以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势(ab和cd边切割磁感线)e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值(峰值)(四、交流电的图像1五、交变电流的种类课堂练习25.2《描述交变电流的物理量》复习回顾(一)交变电流:大小和方向随时间做周期性变化的电流;简称交流。

其中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。

(二)正弦交流电的产生及变化规律1、产生:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生正弦交流电。

2、中性面:跟磁场方向垂直的平面叫做中性面。

这一位置穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。

3、规律:瞬时值表达式:从中性面开始计时一、周期和频率物理意义:表示交流电变化的快慢1、周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间。

2、频率:交变电流一秒内完成周期性变化的次数。

角频率:线圈在磁场中转动的角速度二、峰值和有效值3.有效值定义:E、U、I根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内3它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。

4.正弦交流电的有效值与最大值的关系:IE mmI,E, 22说明:A、以上关系式只适用于正弦或余弦交流电;B、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;C、交流电流表和交流电压表的读数是有效值D、对于交流电若没有特殊说明的均指有效值注意:峰值(最大值)、有效值、平均值在应用上的区别。

5.1交变电流导学案【教学目标】1．理解交变电流的产生原理2．掌握交变电流的变化规律及表示方法3．理解交流电的瞬时值，最大值及中性面的概念4．培养观察能力、空间想象能力以及立体图转化为平面图形的能力【教学重难点】1．重点是交变电流产生的物理过程分析2．难点是交变电流的变化规律及应用【教学过程】一、基本知识导学：阅读课本31-33页，认识一下基本概念。

1、△恒定电流：和都不随时间而改变的电流叫恒定电流。

△直流：不随时间变化的电流称为直流。

△交变电流：和随时间周期性变化的电流叫。

2、图中甲和丙线圈所在的平面称为中性面。

此时，通过线圈的磁通量（最大还是最小）3、正弦交变电流：。

感应电动势的瞬时表达式：当负载是电灯等纯电阻用电器时，负载两端的电压表达式：流过的电流表达式：4、电动势的峰值：5、发电机的基本构成：①②发电机的基本种类：①②二、重难点探究：1、交变电流的产生原理：如课本上图5.1-3所示，假定线圈沿逆时针方向匀速转动，产生了正弦交变电流。

请同学按照以下思路分析线圈转动一周的过程中线圈中的电流情况。

①图中矩形线圈转动过程中，哪些边会产生电动势？②在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流动？过程甲→乙乙→丙丙→丁丁→甲电流方向③当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？④这些位置磁通量及磁通量的变化率等还有什么特点？⑤大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。

在横坐标上标出线圈到达甲乙丙丁几个位置时对应的时刻。

总结：【反馈练习】1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流, 以下说法中正确的是:（ ） A 、线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B 、线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C 、线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D 、线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次2.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，穿过线圈平面的磁通量Φ与产生的感应电动势e 的大小关系正确的是 （ ）A ．Φ最大，e 最大．B ．Φ最小，e 最小．C ．Φ最大，e 最小．D ．Φ最小，e 最大． 2、交变电流的变化规律 （1）推导（画出侧视图）在磁感应强度B 的匀强磁场中，矩形线圈逆时针绕中轴匀速转动，角速度ω。