高二物理交流电-讲义（教师版）.pdf

交流电

抛砖引玉

在19世纪90年代，发生了著名的交流电与直流电之战，使得两大电力巨头卷入了这场“电流大

战”。托马斯爱迪生支持的直流电被尼古拉特斯拉支持的交流电所威胁。为了败坏交流电的名声，爱迪

生采取了一些手段误导大众，他不惜用交流电来电死一头大象，以此来告诉世人交流电的致命性危险。

然而，这个并没有影响到特斯拉想要推广更为廉价且高效的电能的梦想。最终，特斯拉的梦想实现

了，交流电占据了主导地位，统治了一个世纪，不管是家庭还是办公室都是使用交流电。那么，为什么

交流电在过去能够所向披靡呢？我们就学习与此相关的内容。

本讲概述

学习目标

1.建立正弦式交变电流模型，用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的

规律的过程，体会建立模型与推理分析的思维方法。

2.知道峰值和有效值的含义以及二者之间的关系，能结合交变电流的公式和图像识别周期、峰值。会用

周期、峰值等物理量通过函数表达式和图像来描述交变电流。

3.经历根据电流的热效应推导交变电流有效值的过程，体会“等效”的科学方法。

4.了解我国家庭电路的频率和电压的有效值。知道家用电器的电压与电流的额定值是有效值。

知识结构

1

一、【必备知识】正弦交流电的两种理解

1.核心知识

1．交变电流

⑴定义

大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流．

⑵交流发电机交变电流的产生

下图为交流发电机的示意图．假定矩形线圈绕轴沿逆时针方向匀速转动，我们来考虑以下几

个问题．

①线圈由甲转到乙的过程中，边中电流向哪个方向流动？

2

②线圈由丙转到丁的过程中，边中电流向哪个方向流动？

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？

线圈垂直于磁感线时所在的平面（如上图中甲、丙），称为中性面。

⑶正弦式电流

设矩形线圈的边长为，边长为，转动的角速度为．

当线圈经过中性面时开始计时，某时刻转到如图所示的位置．

边和切割磁感线，产生的电动势分别为：

整个线圈的电动势：

其中是线圈的面积，，是个常数，叫做电动势的峰值．

匝线圈产生的电动势为（从中性面开始计时）．

电动势按正弦规律变化，当负载为电灯等纯电阻用电器时，电路中的电流随时间的变化规律为

．这种按正弦规律变化的交变电流，叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流．正弦式电流的

波形如下．

3

2．利用导体切割磁感线

如图所示，设矩形线圈的边长为，边长为，转动的角速度为，当线圈经过中性面时开始计

时．

在时刻，和边切割磁感线，产生的电动势均为，而，则此时整个线圈中的

电动势为．或者写成，其中，是线圈的面积，

是个常数，叫做电动势的峰值．

3．利用法拉第电磁感应定律

从中性面时刻开始计时，通过线圈的磁通量为$$cos，t$$，由法拉第电磁感应定律可

知：，当时，为瞬时值．当时，为数学中的导数，即$$e=

，omegaomegat$$．不考虑方向问题，则有，其

中，，与导体切割的观点结果相同．

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2.即学即练

类型一：交流电的基础概念

1.如图所示的种电流随时间变化图像中，属于交变电流的是（）

A.