交变电流复习讲义

《交变电流》讲义一、什么是交变电流在我们的日常生活中，电无处不在。

从家里的电灯、电视，到工厂里的机器设备，都离不开电的驱动。

而我们常见的电，通常有两种：直流电和交变电流。

直流电，顾名思义，它的电流方向是始终不变的。

比如我们常见的电池提供的就是直流电。

而交变电流则不同，它的大小和方向都会随时间周期性地变化。

简单来说，就像一个波浪一样，有起有伏，有来有回。

我们生活中使用的市电，也就是 220V 的交流电，就是一种典型的交变电流。

它的频率一般是 50Hz，这意味着它的大小和方向在 1 秒钟内会变化 50 次。

二、交变电流的产生那么，交变电流是怎么产生的呢？这就要提到电磁感应现象。

当一个闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。

如果让导体在磁场中不断地做周期性的运动，就能够产生交变电流。

具体来说，常见的交流发电机就是利用电磁感应原理来产生交变电流的。

在交流发电机中，有一个固定的磁场，而线圈则在磁场中不停地转动。

当线圈经过不同的位置时，磁通量会发生变化，从而产生大小和方向不断变化的感应电流。

三、交变电流的图像为了更好地理解交变电流的变化规律，我们常常通过图像来表示。

最常见的就是正弦式交变电流的图像，它的形状类似于正弦函数的曲线。

在图像中，横轴表示时间，纵轴表示电流的大小。

从图像中，我们可以直观地看到电流的最大值、最小值，以及周期和频率等信息。

比如，一个正弦式交变电流的表达式可以写成：i ＝Iₘsin(ωt ＋φ)，其中 Iₘ 是电流的最大值，ω 是角频率，t 是时间，φ 是初相位。

通过分析图像，我们能够清楚地了解交变电流在不同时刻的大小和方向变化，这对于研究和应用交变电流都非常重要。

四、交变电流的物理量在描述交变电流时，有几个重要的物理量需要我们了解。

1、峰值（最大值）这是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。

对于正弦式交变电流来说，峰值等于有效值的√2 倍。

2、有效值如果让交变电流和直流电通过相同的电阻，如果在相同的时间内产生的热量相等，那么这个直流电的数值就被称为交变电流的有效值。

高考物理交变电流辅导讲义一、课堂导入我们的日常生活离不开电，城市的灯火辉煌、工厂里的机器轰鸣，一切都离不开电。

长江三峡水力发电站已投入生产，各地火力发电厂比比皆是，它们的共同之处就是生产和输送的大多都是交变电流(如图是实验室手摇发电机产生的交变电流)。

什么是交变电流？与直流电流有什么不同？它又是如何产生的呢？发电站中的发电机能把天然存在的能量资源(如风能、水能、核能等)转化成电能(如图)，通过高压输电线路，将电能输送到乡村、工厂、千家万户。

来自发电厂的电有什么特性？我们怎样才能更好地利用它？这一章我们就来学习与此相关的内容。

新疆达坂城风力发电站三、本节知识点讲解1.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

注：大小不变方向改变的电流也是交变电流。

2．直流电：方向不随时间变化的电流。

交变电流的产生1．产生：在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流，实验装置如图所示。

2．过程分析：如图所示。

(图A)(图B)(1)如图A所示：线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为a→b→c→d。

线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为a→b→c→d。

线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为b→a→d→c。

线圈由丁位置转到戊位置过程中，电流方向为b→a→d→c。

(2)如图B所示：在乙位置和丁位置时，线圈垂直切割磁感线，产生的电动势和电流最大；在甲位置和丙位置时，线圈不切割磁感线，产生的电动势和电流均为零。

3．两个特殊位置物理量的特点特别提醒：1线圈每经过中性面一次，线圈中感应电流就要改变方向。

2线圈转一周，感应电流方向改变两次。

典型例题：1、如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是()A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．图示位置ab边的感应电流方向为a→bD．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次。

《描述交变电流的物理量》讲义一、交变电流的产生在日常生活和生产中，我们广泛使用的电能大多是以交变电流的形式传输和利用的。

那么，交变电流是如何产生的呢？简单来说，交变电流是由交流发电机产生的。

交流发电机的主要部件是电枢和磁极。

当电枢在磁场中旋转时，通过电枢的磁通量会发生周期性变化，从而在电枢中产生感应电动势。

如果电枢外接闭合电路，就会形成交变电流。

二、描述交变电流的物理量1、周期和频率周期（T）是交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（s）。

频率（f）则是交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。

它们之间的关系是：f ＝ 1/T 。

例如，我国电网中交变电流的频率是 50Hz，这意味着电流在 1 秒钟内完成 50 次周期性变化，其周期就是 1/50 ＝ 002 秒。

周期和频率反映了交变电流变化的快慢。

周期越短或频率越高，电流变化就越快。

2、峰值和有效值峰值（Im 或 Um）是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。

对于正弦式交变电流，峰值等于有效值的√2 倍。

有效值（I 或 U）是根据电流的热效应来定义的。

让交变电流和直流电流通过相同的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，那么这个直流电流的值就称为交变电流的有效值。

在日常生活中，我们所说的交变电流的电压、电流值通常都是指有效值。

例如，家庭电路的电压是 220V，就是指有效值。

3、瞬时值瞬时值（i 或 u）是交变电流在某一时刻的值。

对于正弦式交变电流，瞬时值可以用公式 i ＝Im sinωt 或 u ＝Um sinωt 来表示，其中ω是角频率，ω ＝2πf 。

瞬时值能够反映交变电流在不同时刻的具体大小和方向。

三、正弦式交变电流的表达式正弦式交变电流的电动势、电压和电流的瞬时值表达式分别为：e ＝Em sinωtu ＝Um sinωti ＝Im sinωt其中，Em、Um 和 Im 分别是电动势、电压和电流的峰值，ω 是角频率，t 是时间。

第59讲交变电流的产生和描述目录复习目标网络构建考点一交变电流的产生规律【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 正弦式交变电流的产生知识点2 交变电流瞬时值表达式【提升·必考题型归纳】考向1 有关中性面的问题考向2 交变电流的图像问题考点二有效值的理解与计算【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 求解有效值的两个关键点知识点2 几种典型交变电流的有效值【提升·必考题型归纳】考向交变电流有效值的求解考点三交变电流“四值”的理解和应用【夯基·必备基础知识梳理】知识点交变电流“四值”的比较【提升·必考题型归纳】考向1 交变电流的最大值考向2 交变电流的瞬时值考向3 交变电流的有效值考向4 交变电流的平均值真题感悟1、理解和掌握交变电流的产生规律。

2、理解和掌握交变电流的四值问题。

交变电流的产生和描述交变电流的产生规律1.正弦交流电的产生2.交变电流的瞬时值表达式有效值的理解与计算1.求有效值的两个关键点2.几种典型交变电流的有效值四值问题交变电流四值的比较考点一 交变电流的产生规律知识点1 正弦式交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。

(2)两个特殊位置的特点：①线圈平面与中性面重合时，S①B ，Φ最大，＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变。

①线圈平面与中性面垂直时，S①B ，Φ＝0，最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变。

(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。

(4)交变电动势的最大值Em ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。

知识点2 交变电流瞬时值表达式(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式E m ＝nBSω求出相应峰值。

(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。

如：①线圈在中性面位置开始计时，则it 图像为正弦函数图像，函数表达式为i ＝I m sin ωt 。

专题十三交变电流一、交变电流1．恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流．2．交变电流：大小和方向随时间作周期性变化的电流．3．正弦交变电流：电流随时间按正弦规律变化的电流．二、正弦交变电流的产生和表述1．产生：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．中性面——①线圈平面垂直于磁场②穿过线圈的磁通量最大③线圈平面通过中性面时感应电动势为零④线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次。

线圈转动一周，线圈中电流方向改变两次．2．正弦式交变电流瞬时值表达式：(1)当从中性面开始计时：电动势瞬时值表达式为e＝E m sin_ωt.当正弦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也按正弦规律变化，即u＝U m sin_ωt，i＝I m sin_ωt.(2)当从与中性面垂直的位置开始计时：e＝E m cos_ωt.3．正弦式交变电流的峰值表达式：E m＝NSBω4．正弦式交变电流的图像及应用：从中性面计时从平行面计时【例1】如下图所示图像中属于交流电的有()【例2】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生的交变电流的图像如图4所示，由图中信息可以判断()图4A．在A和C时刻线圈处于中性面位置B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C．从A～D线圈转过的角度为2πD．若从O～D历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次练习：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图6甲所示，则下列说法中正确的是()图6A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大C．t＝0.02 s时刻，交变电动势达到最大D．该线圈产生的相应交变电动势的图像如图乙所示【例3】如图7所示，线圈的面积是0.05 m 2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B ＝1π T ，当线圈以300 r/min 的转速匀速旋转时，求：图7(1)若从线圈的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式．(2)从中性面开始计时，线圈转过130 s 时电动势瞬时值多大？答案 (1)e ＝50sin(10πt )V (2)43.3 V解析 (1)n ＝300 r /min ＝5 r/s ，因为从中性面开始转动，并且求的是瞬时值，故 e ＝E m sin ωt ＝NBS ·2πn sin (2πnt )＝50sin (10πt )V(2)当t ＝130 s 时，e ＝50sin (10π×130)V ≈43.3 V练习1：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V ，那么该线圈由图5所示位置转过30°，线圈中的感应电动势大小为( )图5A ．50 VB ．25 3 VC ．25 VD ．10 V练习2：交流发电机在工作时电动势为e ＝E m sin ωt ，若将发电机的转速提高一倍，同时将线圈所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )A ．e ′＝E m sin ωt 2B ．e ′＝2E m sin ωt2C ．e ′＝E m sin 2ωtD ．e ′＝E m2sin 2ωt练习3：如图6所示，匀强磁场的磁感应强度为B ＝0.50 T ，矩形线圈的匝数N ＝100匝，边长L ab ＝0.20 m ，L bc ＝0.10 m ，以3 000 r/min 的转速匀速转动，若从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：图6(1)交变电动势的瞬时值表达式；(2)若线圈总电阻为2 Ω，线圈外接电阻为8 Ω，写出交变电流的瞬时值表达式； (3)线圈由图示位置转过π/2的过程中，交变电动势的平均值．三、描述交变电流的物理量1、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：t e m ωεsin =，t I i m ωsin =.应当注意必须从中性面开始。

交变电流一、复习旧知1．掌握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， 2．理解最大值与有效值，周期与频率；3．知道电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗二、重难、考点 重难点：交流的基本概念 考点：交流电路的分析与计算 三、知识点讲解1．正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生，如图所示：设矩形线圈abcd 以角速度ω绕oo '轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动．此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零．经过时间t 线圈转过ωt 角，这时ab 边的线速度v 方向跟磁感线方向夹角等于ωt ，设ab 边的长度为l ，bd 边的长度为l'，线圈中感应电动势为t l Bl e ωωsin 22'=当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，线圈转过T /4时间，ωt =π/2，ab 边和cd 边都垂直切割磁感线，sinωt =1，线圈中感应电动势最大，用Em 来表示，Em =BSω．则e =Emsinωt由上式知，在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的。

根据闭合电路欧姆定律：t R E R e i mωsin ==，令RE I m m =，则i =Imsinωt 路端电压u =iR =ImRsinωt ，令Um =ImR ，则u =Umsinωt 如果线圈从如图所示位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化e =Emcosωt i =Imcosωt u =Umcosωt2．中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面，应注意：①中性面在垂直于磁场位置，②线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，③线圈平面通过中性面时感应电动势为零，④线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次。