高二物理第十七章 交变电流 第一、二节人教版知识精讲.doc

高二物理第十七章 交变电流 第一、二节人教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 第十七章 交变电流 第一节 交变电流的产生和变化规律 第二节 表征交变电流的物理量 二. 知识要点： 1. 电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交流电。大小改变方向不变的电流不是交流。交变电流的变化规律矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程 （线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用） （1）线圈平面垂直于磁感线（a图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流。这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零。 （2）当线圈平面逆时针转过900时（b图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也最大。 （3）再转过900时（c图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势。 （4）当线圈再转过900时，处于图d位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（b）900线圈处于起始位置（e图），与a图位置相同，线圈中没有感应电动势。 小结：线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。 2. 线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？ 在场强为B的匀强磁场中，矩形线圈边长为L，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为ω，从中性面开始计时，经过时间t。线圈转动的线速度为，转过的角度为，此时ab边线速度v与磁感线的夹角也等于，此时ab边中的感应电动势为eab同理，cd边切割磁感线的感应电动势为： 就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以 当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值 感应电动势的瞬时表达式为 可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的。即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化。 当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为R，则电路的感应电流的瞬时值为表达式 感应电流瞬时值表达式 这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流 交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时，t=0时，磁通量最大，φ应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），t=时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如图（a）（b）所示分别是和。 3. 交流电的图像 交流电的变化规律还可以用图像来表示，由前面的甲图中线圈转动过程中电动势和电流变化情况，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间t），纵坐标表示感应电动势e（感应电流i）。 如图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图（b）所示。而（a）（d）为直流其中（a）为恒定电流。 4. 表征交变电流物理量 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，用小写字母表示，e 、u 表示电压，i表示电流。 ② 最大值：即最大的瞬时值，用大写字母表示，如Um、Ｉm、Em。，。 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 ，E=，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。 ③ 有效值： 意义：描述交流电做功或热效应的物理量 定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。 正弦交流的有效值与峰值之间的关系是E= I= U=。 注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有E=，U=的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。 交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的指有效值。 在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 ④ 最大值、有效值、平均值在应用上的区别。 峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。 交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不