5.1交变电流

一、交变电流【学习重点】重点是交变电流产生分析及变化规律的推导；【学习难点】难点是交变电流的变化规律及应用【学习过程】问题一交变电流（1）________随时间做_________变化的电流叫做交变电流，简称交流；（2）________不随时间变化的电流称为直流；（3）________和_______都不随时间变化的电流叫做_________电流；练习：如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是_______，属于正弦式交变电流的是______。

问题二交变电流的产生如图5－1－1所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：1．过程分析2．结论：（1）在线圈转动时，磁通量最大时，磁通量的变化率__________；磁通量为0时，磁通量变化率_______；感应电动势的大小由_____________________决定，与___________无关。

（2）中性面：_______________________________，如图有________、_________位置；磁通量的变化率____________感应电动势e ＝________，_______感应电流感应电流方向________，线圈转动一周，感应电流方向改变______次(3线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为 ，磁通量的变化率 ，感应电动势、感应电流均 ，电流方向 . 问题三 交变电流的变化规律● 推导：从中性面计时，t 时刻线圈中的感应电动势e 的推导： 1、 线圈转过的角度为 θ =__________2、 ab 边的线速度跟磁感线方向的夹角为______________3、 ab 边的线速度大小_______________4、 ab 边产生的感应电动势e ab =_____________________________5、 线圈产生的电动势e =_____________________________6、 N 匝线圈产生的电动势e =_____________________________ ● 结论：（1） 交流电的电动势按正弦规律变化；（2） 当θ =90°，即线圈处于__________位置时，电动势最大，即电动势的峰值E m =_____________ （3） 交变电流的电动势随时间变化规律为 （4） 当负载为电灯等纯电阻用电器时：①电流按正弦规律为______________________________ ②电压按正弦规律变化____________________________特点【范例精析】 例1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面瞬间： A.线圈平面与磁感线平行；B.通过线圈的磁通量最大；C.线圈中的感应电动势最大；D.线圈中感应电动势的方向突变。

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。

第17章:交变电流一、知识网络二、重、难点知识归纳 1．交变电流产生(交变电流 产生: 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的 描述瞬时值:I=I m sin ωt 峰值:I m = nsB ω/R 有效值:2/m I I =周期和频率的关系:T=1/f图像：正弦曲线 电感对交变电流的作用：通直流、阻交流，通低频、阻高频 应用 电容对交变电流的作用：通交流、阻直流，通高频、阻低频变压器变流比：电能的输送 原理：电磁感应 变压比：U 1/U 2=n 1/n 2 只有一个副线圈：I 1/I 2=n 2/n 1 有多个副线圈：I 1n 1= I 2n 2= I 3n 3=……功率损失：线损R ）U P （P 2= 电压损失：线损R UPU =（二）、正弦交流的产生及变化规律。

(1)、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。

即正弦交流。

(2)、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。

这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。

(3)、规律：从中性面开始计时，则e=NBS ωsin ωt 。

用εm 表示峰值NBSω则e=εm sin ωt 在纯电阻电路中,电流I=R R e m ε=sin ωt=I m sin ωt ，电压u=U m sinωt 。

2、表征交变电流大小物理量(1)瞬时值：对应某一时刻的交流的值 用小写字母x 表示，e i u (2)峰值：即最大的瞬时值。

大写字母表示，U m Ｉm εm εm = nsB ω Ｉm =εm / R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为εm =NBS ω，即仅由匝数N ，线圈面积S ，磁感强度B 和角速度ω四个量决定。

与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。

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。