物理-高中物理.交变电流(A级).教师版.doc

交变电流

交变电流

考试要求

考试要求

内容

基本要求

略高要求

较高要求

交变电流的产生与规律

知道交变电流产生的原理

会推导交变电流的瞬时电压、瞬时电流的表达式

交变电流的描述

能区分交变电流中的“四值”，知道交变电流的周期、频率

矩形电流、波形电流有效值的计算

根据有效值计算发热量

电感电容对交变电流的作用

知道电阻、电感、电容对直流电和交变电流的作用

根据电感、电容的特点分析滤波电路

知识框架

知识框架

知识点1交变电流

1．交变电流的定义

（1）交变电流：大小和方向都随着时间做周期性变化的电流．

（2）正（余）弦交流电：按正（余）弦规律变化的电动势、电流称为正（余）弦交流电．

2．正弦交流电的产生

（1）装置：如图甲所示，当磁场中的线圈连续转动时，流过电流表的电流方向就会发生周期性变化，产生交变电流．

（2）过程分析：如图乙所示为线圈在磁场中绕轴转动的截面图，和两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流（或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感应电流）．具体分析可从图中看出：图①时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；图②时，导体垂直切割磁感线，线圈中有电流，且电流从端流入；图③同图①；图④中电流从端流出；图⑤同图①，这说明电流方向发生了变化．

线圈每转一周，电流方向改变两次，电流的方向改变的时候就是线圈中无电流的时刻（或者说磁通量最大的时刻）．由于在线圈转一周的过程中，线圈的磁通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转动一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线的位置叫做中性面．

（中性面的特点：①线圈转到中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；②线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流的方向就改变一次．）

3．正弦交流电的变化规律

（1）交变电流的数学表达式

如图所示，当线圈从经过中性面开始计时，和边产生的电动势均为，则此时整个线圈的电动势为．由知，线圈中的交变电流按正弦规律变化，这种交变电流叫正弦交变电流．

说明：

①上式表示形式仅限于从中性面开始计时的情况，当从垂直于中性面开始计时时，表达式应为．

②交变电动势的最大值，当线圈绕中心轴线（、中点连线）匀速转动时，设角速度为，则，线圈的面积，所以．如果线圈匝数为，则，由此可见，交变电动势的最大值，由线圈匝数、磁感应强度，转动角速度和线圈的面积决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．因此如图所示的几种情况，如果均相同，则感应电动势的峰值为．若线圈给外电阻供电，设线圈本身电阻为，由闭合电路欧姆定律得，可写为，两端电压可记为．

（2）图像：正弦交流电的电动势，电流和电压，其变化规律可用函数图像描述．

知识点2描述交变电流的物理量

1．交变电流的周期和频率

（1）周期：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间．

（2）频率：交变电流在内完成周期性变化的次数．

（3）周期和频率的关系：或

（4）角速度

2．交变电流的峰值和有效值

（1）瞬时值：交变电流某一时刻的值．瞬时值是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同．

（2）最大值：

（3）有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫该交变电流的有效值．在正(余)弦交变电流中，有效值与最大值之间的关系为：，．

（4）平均值：交变电流的平均值是交变电流图像中波形与横轴(轴)所围的面积跟时间的比值，其数值可用来求．

例题精讲

例题精讲

下列说法正确的是（）

A．使用交流的设备所标的电压和电流都是最大值

B．交流电流表和电压表测定的是有效值

C．在相同时间内通过同一电阻，跟直流电有相同热效应的交变电流值是交流的有效值

D．给定的交变电流值在没有特别说明的情况下都是指有效值

【答案】BD

甲、乙两电路中电流与时间关系如图，属于交变电流的是（）

A．甲乙都是 B．甲是乙不是C．乙是甲不是 D．甲乙都不是

【答案】B

关于线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流，以下说法正确的是（）

A．线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次

B．线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次

C．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时，感应电流最大

D．当线圈平面转到跟磁感线平行位置时，感应电流为

【解析】线圈每转动一周，感应电流的方向就改变两次，故选项A错误．当线圈平面转到跟磁感线垂直位置时(中性面位置)，此时感应电流为，而转到跟磁感线平行位置时，此时磁通量变化率最大，即感应电流最大，故选项C，D错误．由正弦式电流随时间变化规律图像可以看出线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，故选项B正确．

【答案】B

下