第二章 交变电流
认识交变电流第二节交变电流的描述
根据欧姆定律，纯电阻电路中的电流 大小与电压成正比，而与频率无关。
电感对交变电流阻碍作用
1 2
感抗
电感对交变电流具有阻碍作用，这种阻碍作用称 为感抗。感抗的大小与电感量L和交变电流的频 率f成正比。
电流滞后电压90度
在电感电路中，交变电流的电流相位滞后于电压 相位90度。
3
储存磁场能量
电感在交变电流作用下会储存磁场能量，并在电 流减小时释放能量。
合理配置用电设备
加强员工安全培训
企业应根据生产需要合理配置用电设备， 避免设备超负荷运行，降低能耗和生产成 本。
企业应加强对员工的用电安全培训，提高 员工的安全意识和操作技能，确保员工能 够正确使用和维护设备。
城市轨道交通系统供电方式选择
直流供电方式
城市轨道交通系统可采用直流供电方式，通过整流器将交流 电转换为直流电供给列车使用。这种方式具有简单、可靠、 维护方便等优点，但需要较大的整流设备和较多的电缆。
交流供电方式
城市轨道交通系统也可采用交流供电方式，直接通过变压器 将高压交流电降压后供给列车使用。这种方式具有节省电缆 、减少电能损耗等优点，但需要解决列车运行时产生的谐波 和无功补偿等问题。
06 总结回顾与拓展延伸
关键知识点总结回顾
交变电流的产生
通过交流发电机产生，其基本 原理是电磁感应。
交变电流的周期性变化
在使用电器时，要注意用电安 全，不要随意拆卸、修理电器
，避免发生触电事故。
企业生产线上设备用电管理规范
严格执行用电安全制度
定期进行设备检查和维护
企业应建立用电安全管理制度，明确各级 管理人员和操作人员的职责，确保用电安 全。
企业应定期对生产线上的设备进行检查和 维护，确保设备处于良好状态，避免因设 备故障引发事故。
高中物理第二章交变电流第1节交变电流-2优质公开课获奖课件
2．最大值 (1)由 e＝NBSωsin ωt 可知，电动势的最大值 Em＝NBSω。 (2)交变电动势的最大值由线圈匝数 N、磁感应强度 B、线圈 面积 S 及转动角速度 ω 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置 无关，因此图 2-1-4 所示的几种情况，若 N、B、S、ω 相同，则 电动势的最大值相同。
图 2-1-1
二、正弦交变电流的产生和表述 1．正弦交变电流的产生 (1)产生方法：闭合线圈在匀强磁场 中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)产生过程分析： 用楞次定律分析线圈转动一周 的情况如图 2-1-2 所示。
图 2-1-2
2．正弦交变电流的函数表达式及图像
函数
电动势 e＝Emsin ωt
(2)只要电流的方向周期性变化，即为交变电流，与电流 的大小是否变化无关。
1．交变电流是
()
A．矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动时
产生的电流
B．按正弦规律变化的电流
C．大小随时间做周期性变化的电流
D．方向随时间做周期性变化的电流
解析：只要方向随时间做周期性变化的电流就是交变电流。
答案：D
所示，匀强磁场的磁感应强度为 0.5 T，问：
(1)该线圈产生的交变电流电动势的最大值、 电流的最大值分别是多少？
图 2-1-3
(2)若从中性面位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的表
达式。
(3)线圈从中性面位置开始，转过 30°时，感应电动势的瞬时值
是多大？
[思路点拨] (1)线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时电动势 的最大值 Em＝NBSω。 (2)感应电动势瞬时值表达式与开始计时位置有关，若从中 性面开始计时，则 e＝Emsin ωt。
交变电流课件
时间而变化的函数是正弦函数。
(1)函数特点:
瞬时电动势 e=Emsin ωt
瞬时电流 i=Imsin ωt
瞬时电压 u=Umsin ωt
其中 Em、Im、Um 分别表示电动势、电流、电压的峰值。
(2)图象特点:
按正弦规律变化的交变电流,其图象是一条正弦曲线,如图所
磁通量为零,但磁通量的变化率最大。
答案:C
二、 交变电流的图象及变化规律
1.求解交变电流的瞬时值问题的答题模型
2.正弦交变电流的图象
正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来,图象
描述的是交变电流随时间变化的规律,它是一条正弦曲线,如图所示,
交变电流的 e-t 图象。
由图可以确定出以下信息:
流最大(均选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
(3)中性面:对应甲、丙位置,此时线圈平面与磁感线方向垂直,
磁通量最大。
(4)过程分析归纳。
线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的感
应电流大小、方向都随时间做周期性的变化,即产生了交变电流。
3.正弦交变电流的变化规律
当闭合线圈由中性面位置(图中 O1O2 位置)开始在匀强磁场中
sin ωt,即 im=Imsin ωt。R 两端的电压可记为
u=Umsin ωt。
思考探究
什么情况下线圈中产生 e=NBSωsin ωt 的交流电动势?
答案:e=nBSωsin ωt 适用于:(1)平面线圈;(2)转轴垂直于磁场;(3)
转轴位于线圈平面内;(4)匀速转动,即满足以上条件时,产生感应电
(2)感应电动势的峰值由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角
第二章 1 交变电流
[课时作业]一、单项选择题1.一线圈在匀强磁场中匀速转动，在如图所示的位置时 ( )A ．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小B ．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大C ．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大D ．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小解析：当线圈平面平行于磁感线时，磁通量最小，但E m 最大，即ΔΦΔt 最大．答案：C2．把一段确定的导线做成线圈，在确定的磁场中绕垂直于磁场的轴线以固定的转速转动，产生的感应电动势最大的情况是( )A ．做成方形线圈，线圈平面垂直于转轴B ．做成方形线圈，转轴通过线圈平面C ．做成圆形线圈，转轴通过线圈平面D ．做成圆形线圈，线圈平面垂直于转轴解析：若周长相等，则圆的面积最大，据E m ＝nBSω知，应做成圆形线圈，若线圈平面垂直于转轴，则线圈平面与磁场平行，故磁通量始终为零，故转轴应通过线圈平面，故选C 项．答案：C3．一交流发电机的感应电动势e ＝E m sin ωt ，如将线圈的匝数增加一倍，电枢的转速也增加一倍，其他条件不变，感应电动势的表达式将变为( )A ．e ′＝2E m sin 2ωtB ．e ′＝2E m sin 4ωtC ．e ′＝4E m sin 2ωtD ．e ′＝4E m sin 4ωt解析：e ＝E m sin ωt ＝nBSωsin ωt ，现n ′＝2n ，ω′＝2ω，则E m ′＝4E m ，所以感应电动势的瞬时值表达式将变为e ′＝4E m sin 2ωt .答案：C4．如图所示，矩形线圈abcd 在匀强磁场中沿逆时针方向匀速转动，可产生交变电流，当线圈转到图示位置时，电流表指针向右偏转，当线圈由图示位置继续转动，下列说法中正确的是( )A ．线圈在转动π2～π的过程中，指针向右偏转B ．线圈在图示位置时，线圈中电流改变方向C ．线圈在转动3π2～2π的过程中，指针向左偏转D ．线圈在图示位置反方向转过3π2～2π的过程中，指针向左偏转解析：线圈在中性面开始改变电流方向，图示位置不是中性面，故B 错；逆时针转π2时线圈转到中性面位置，电流为0，再逆时针转时电流改变方向指针左偏，在π2～3π2的过程中都是指针左偏，A 错；逆时针转3π2时电流表改为指针右偏，在3π2～2π的过程中都是指针右偏，C 错；线圈从图示位置反方向转过3π2～2π的过程中，根据右手定则，可判断指针向左偏，故D 对．答案：D5．为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO 1按图甲所示方向匀速转动(ab 向纸外，cd 向纸内)，并从图甲所示位置开始计时，此时产生的交变电流如图乙所示．第二次他仅将转轴移至ab 边上，第三次他仅将转轴OO 1右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图像，下列说法正确的是( )A．第二次是a图B．第二次是c图C．第三次是b图D．第三次是d图解析：第二次他仅将转轴移到ab边上，产生的交流电的电动势E＝BSωsin ωt，产生的交流电与图乙一样，故A、B错误；第三次仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，在完整的周期内，一直只有一条边切割磁感线，所以交流电的数值减半，故C 错误，D正确.答案：D二、多项选择题6．如图所示，一面积为S的单匝矩形线圈处于有界磁场中，其中ab、cd正好处于磁场界线上，能使线圈中产生交变电流的是()A．将线圈水平向右匀速拉出磁场B．使线圈以OO′为轴匀速转动C．使线圈以ab为轴匀速转动D．磁场以B＝B0 sin ωt规律变化解析：将线圈向右拉出磁场时，线圈中电流方向不变，A错误；由电磁感应定律可知在选项B、C两种情况下可以产生交变电流，当磁场以B＝B0sin ωt规律变化时，由法拉第电磁感应定律可知，在选项D情况下可产生交变电流，故B、C、D正确．答案：BCD7．如图所示，一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，转动过程中线框中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝0.5 sin 20t V，由该表达式可推知的物理量有()A．匀强磁场的磁感应强度B．线框的面积C．穿过线框的磁通量的最大值D．线框转动的角速度解析：根据单匝线框产生的正弦式交变电流的瞬时值表达式e＝BSωsin ωt，可得ω＝20 rad/s，而磁通量的最大值为Φm＝BS，所以可以根据BSω＝0.5 V求出磁通量的最大值，故A、B错误，C、D正确．答案：CD8．一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e＝102sin 4πt V，以下叙述正确的是()A．电动势的最大值是10 2 VB．线圈的角速度为4π rad/sC．当t＝12s时，e有最大值D．当t＝0时，线圈平面跟中性面重合解析：由电动势的瞬时值表达式e＝E m sin ωt可得本题中感应电动势的最大值E m＝10 2 V，选项A正确．线圈的角速度ω＝4π rad/s，选项B正确．当t＝12s 时，e＝0，感应电动势有最小值，选项C错误．当t＝0时，感应电动势等于零，线圈平面跟中性面重合，选项D正确．答案：ABD9.如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′轴观察，线圈沿逆时针方向转动．已知磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动角速度为ω，则当线圈转至图示位置时()A．线圈中感应电流的方向为abcdaB．穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率也为零C ．线圈中的感应电流为nBl 2ωRD ．线圈从图示位置起转动T 6时，电动势的瞬时值为12nBl 2ω解析：根据右手定则判断知，ad 边切割产生的感应电流方向由a →d ，bc 边切割磁感线产生的感应电流方向由c →b ，所以A 项错误．在图示位置Φ＝B ·S ⊥＝0，E m ＝nl 2Bω，由E ＝n ΔΦΔt 得ΔΦΔt ＝E n ＝Bl 2ω，i ＝e R ＝nBl 2ωR ，所以C 项正确，B 项错误．t ＝T 6，ω＝2πT ，由e ＝nBl 2ωcos ωt ＝nBl 2ωcos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT ×T 6＝12nBl 2ω，D 项正确． 答案：CD10．一个匝数N ＝100匝的平面线圈所包围的面积S ＝0.02 m 2，在磁感应强度B ＝0.5 T 的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度ω＝100π rad/s 匀速转动时，在线圈中产生交流电，若自线圈通过中性面时开始计时，那么选项中能够反映线圈中感应电动势随时间变化的图像是( )解析：线圈产生的电动势的最大值为E m ＝NBSω＝100π V ，所以电动势瞬时值表达式为e ＝E m sin ωt ＝100πsin 100πt V ，电流的正方向可以选顺时针为正，也可以选逆时针为正，故电动势随时间变化的图像为B 或D.故A 、C 错误，B 、D 正确． 答案：BD三、非选择题11.如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮．电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交变电流，给车头灯供电．已知自行车车轮半径r ＝35 cm ，摩擦小轮半径r 0＝1.00 cm ，线圈有N ＝800匝，线圈横截面积S ＝20 cm 2，总电阻R 1＝40 Ω.旋转磁极的磁感应强度B ＝0.010 T ，车头灯电阻R 2＝10 Ω.当车轮转动的角速度ω＝8 rad/s 时，求：(1)发电机磁极转动的角速度大小；(2)车头灯中电流的最大值．解析：(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，故有ω0r 0＝ωr ，ω0＝ωr r 0＝8×0.350.01 rad /s ＝280 rad/s. (2)摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为E m ＝NBSω0＝800×0.010×20×10－4×280 V ＝4.48 V ，所以通过灯泡电流的最大值为I m ＝E m R 1＋R 2＝ 4.4840＋10A ＝89.6 mA. 答案：(1)280 rad/s (2)89.6 mA12.如图所示，一半径为r ＝10 cm 的圆形线圈共100匝，在磁感应强度B ＝5π2 T 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO ′以n ＝600 r/min 的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置(图中位置)时开始计时．(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；(2)求线圈从图示位置开始在160 s 时的电动势的瞬时值．解析：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴线匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电动势，当线圈平面在中性面时开始计时，其表达式为e ＝E m sin ωt .(1)e ＝E m sin ωt ，E m ＝NBSω(与线圈形状无关)，ω＝20π rad/s ，故e ＝100sin 20πt V .(2)当t ＝160 s 时，e ＝100sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫20π×160V ＝50 3 V ＝86.6 V . 答案：(1)e ＝100sin 20πt V (2)86.6 V。
高中物理第二章交变电流第三节表征交变电流的物理量课
3．正弦式电流的电动势、电流和电压的有效值和峰 值的关系． Em E＝ ＝0.707Em， 2 Im I＝ ＝0.707Im， 2 Um U＝ ＝0.707Um. 2
判断正误 (1)交流电压表测量的电压是有效值．(√) (2)任何形式的交变电流的电动势的有效值和峰值的 Em 关系都可以表示为 E＝ ＝0.707Em.(×) 2
2
RT＝
2 2 2 T 2 ×4 R· 3 ＋4 ·R·3T， 2
2 30 解得 I＝ A. 3 答案：B
题后反思 求解有效值的一般步骤 1．首先要分析交变电流的变化规律，在一个交变电 流中可能存在几种形式的交流电． 2．一个交变电流中存在几种形式，可在一个周期内 分段求出产生的热量，求其和．
拓展一
有效值的理解及应用
1．交变电流的有效值是根据什么来定义的？ 提示： 交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义 的．
2．交变电流的有效值是不是指该电流在某一段时间 的平均值？
提示：交流电的有效值不是某一段时间内的平均值， _ _ E 有效值是根据热效应定义的，而平均值是平均效果 I＝R ＝n ΔΦ ΔtR ，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动一周
关系.
4.能解决有关有效值问题的 计算．
知识点一 提炼知识
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所需的时间 称为交变电流的周期，用 T 表示，单位是秒(s)． 2．频率：交变电流的频率是指交变电流在 1 s 内完 成周期性变化的次数，用 f 表示，单位是赫兹(Hz)．
3．角速度 ω(单位 rad/s)、转速 n(单位 r/s)也是描述 交变电流变化快慢的物理量. 转速 n 越大， 角速度 ω 越大， 2π 交变电流变化越快，T、f、ω、n 之间的关系是：T＝ ω 1 ＝ f ，ω ＝2π f＝2π n. 4．生活用电的周期为 0.02 s，频率为 50 Hz，角速度 ω＝100π rad/s ，电流方向每秒改变 100 次．
高中物理交变电流优秀课件
2.有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕 垂直磁场方向的OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图3所示，匀强磁场 的磁感应强度为0.5 T，该线圈产生的感应电动势的峰值为__6_.2_8__V_，感应电流 的峰值为_6_._2_8_A__，在图示位置时感应电动势为_6_._2_8_V__，从图示位置转过90° 时感应电动势为__0_.
线圈中电流i随时间t
变化的关系是i＝Imsin ωt
图11
√C.当线圈转到图(c)位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变
D.当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最小，ab边感应电流方向为b→a
1234
3.(交变电流的图像)一个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12甲所示，那么以下说法中正确的
内容索引
NEIRONGSUOYIN
自主预习 重点探究 达标检测
预习新知 夯实根底
启迪思维 探究重点 检测评价 达标过关
自主预习
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，称为恒定电流. 2.交变电流：大小和方向随时间作 周期性 变化的电流，称为交变电流. 3.正弦交变电流：电流随时间按 正弦 函数规律变化的交变电流称为__正__弦__交__ 变电流 .
t＝0.02 s时刻，感应电动势应为零，故C、D错误.
1234
4.(交变电流的变化规律)如图13所示，匀强磁场的磁感应强度B＝
2 π
T，边长L
＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线
的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：
交变电流 课件
2．峰值 (1)由 e＝NBSωsin ωt 可知，电动势的峰值 Em＝NBSω. (2)交变电动势的最大值，由线圈匝数 N、磁感应强度 B、转动角速度 ω 及线圈 面积 S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场， 因此如图 5-1-6 所示几种情况，若 N、B、S、ω 相同，则电动势的最大值相同．
交变电流
一、交变电流及其产生 1．交变电流 (1)交变电流：大小和方向都随时间做周周期期性性变化的电流，简称交流． (2)直流：方方向向 不随时间变化的电流．大小和方向都不随时间变化的电流称为恒 定电流．
2．交变电流的产生 (1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂垂直直于磁场方向的轴匀速转动． (2)过程分析(如图 5-1-1 所示)：
图 5-1-1
(3)中性面：线圈在磁场中转动的过程中，线圈平面与磁场垂直 时所在的平面．
二、交变电流的变化规律
1．从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式
从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时
磁通量 感应电动势
电压
Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt e＝Emsin ωt＝NBSωsin ωt u＝Umsin ωt＝RRN＋BSrωsin ωt
图 5-1-9
2．交变电流图象的应用 从图象中可以解读到以下信息： (1)交变电流的最大值 Im、Em、周期 T. (2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定 线圈位于中性面的时刻． (3)找出线圈平行于磁感线的时刻． (4)判断线圈中磁通量的变化情况． (5)分析判断 e、i、u 随时间的变化规律．
Φ＝Φmsin ωt＝BSsin ωt e＝Emcos ωt＝NBSωcos ωt u＝Umcos ωt＝RRN＋BSrωcos ωt
2021_2022学年高中物理第二章交变电流4_5电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用学
电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用必备知识·自主学习一、电容器对交流电的作用交流电通过电容器和通过小灯泡的实质是一样的吗?提示:不一样,对电容器来讲,电荷没有通过电容器,只是反复地充电、放电,好像通过了而已。
1.导通作用:(1)结论:交变电流能够通过电容器,直流不能通过电容器。
(2)电容器导通交流电的实质:两极板间的电压周期性变化,使电容器反复地充电和放电,在电路中形成交变电流。
2.阻碍作用:(1)结论:电容器对交流电有阻碍作用,且其阻碍作用的大小与交流电的频率和电容器的电容有关。
(2)容抗:电容器对交流电的阻碍作用。
(3)影响容抗大小的因素:电容器的电容越小,容抗越大;频率越低、容抗越大。
二、电容器在电子技术中的应用1.电容器在电路中的作用:“隔直流,通交流,频率越高,阻碍作用越小”。
2.应用:(1)隔直电容:在两级电路间串联(选填“串联”或“并联”)一个电容器来阻止直流(选填“直流”或“交流”)成分通过。
(2)旁路电容:利用电容器对高频电流阻碍作用小而对低频电流阻碍作用大的特性,在下级电路的输入端并联(选填“串联”或“并联”)一个电容,通过电容器可滤除高频(选填“高频”或“低频”)干扰信号。
三、电感器对交流电的阻碍作用1.结论:电感器对交流电有阻碍作用,且其阻碍作用的大小与交流电的频率和自感系数有关。
2.感抗:(1)物理意义:表示电感器对交变电流的阻碍作用的大小。
(2)影响感抗大小的因素:线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,感抗越大。
四、电感器在电子技术中的应用1.低频扼流圈:自感系数较大,感抗较大,对低频交变电流有很大的阻碍作用,而对直流的阻碍作用较小。
2.高频扼流圈:自感系数较小,感抗较小,对高频交变电流有很大的阻碍作用,而对低频交流的阻碍作用较小。
关键能力·合作学习知识点一电感器对交变电流阻碍作用的分析1.线圈对交变电流的阻碍作用的原因:交变电流通过线圈时,由于电流的变化引起通过线圈的磁通量发生变化,在线圈中产生自感电动势而阻碍电流的变化,也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。
高中物理教科版选修3-2课件：2-2描述交流电的物理量
解析：根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V，周
期为4×10－2 s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50π
rad/s，所以u＝100sin50πt
V，C错；又P＝
U2 R
＝
10202 100
W＝50
W，D对。
02 题型分类指导
No.1 描述交变电流的物理量 例1 [2012·广东高考]某小型发电机产生的交变电动势为e＝ 50sin100πt(V)。对此电动势，下列表述正确的有( ) A．最大值是50 2 V B．频率是100 Hz C．有效值是25 2 V D．周期是0.02 s
解析：由题图可得其T＝0.8 s，f＝T1＝1.25 Hz，故A对，D 错；又由题图读得Im＝4 A，故B对；因为电流为非正弦式交流 电，故有效值I≠ Im2＝2 2 A，C错。
答案：AB
No.2 交变电流有效值的计算 例 2 如图表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流 的有效值是( )
A．5 2 C.722 A
②交变电流的平均值是交变电流图象中图线与时间轴所围 的面积跟时间的比值。
(2)计算的方法不同：
①交变电流的有效值要根据电流的热效应进行求解。
②交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间的长短
均有关，其数值需根据法拉第电磁感应定律E＝n
ΔΦ Δt
计算。例
如，对于正弦交变电流，在0～
T 4
时间内
E
＝
2 π
B．2.5 A D．3.5 A
[分析] 解答本题的思路如下：
[解析] 根据交变电流有效值的定义，让题图中的交变电流 和某一恒定电流分别通过同一个电阻，如果在相同时间内电阻产 生的热量相同，则此恒定电流的数值就等于此交变电流的有效 值。设此交变电流的有效值为 I，则任意一个周期内，有 I2RT＝ I21RT2＋I22RT2，代入数据得 I2＝(2 2)2×12＋(322)2×12，解得 I＝2.5 A，选项 B 正确。
交变电流 课件
四、交流电的图像
b
c
c
d
a
d
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
L
B
c
K L
A d
B
b
c
a
d
k
L
A
B
e
Em
o
T/4
π/2
2T/4
3T/4
π
3π/2
T
t
2π ωt
e
Em
0
t
-Em
i
Im
0
t
-Im
B∥S
Φ=0
t 最大
E最大 I最大
A(B)
D(C)
感应电流方向B到A
线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈 中的电动势最大 (V⊥B)
D(C) B
A(B)
B⊥S Φ最大 V // B E=0 I=0
中性面
B∥S Φ=0
D(C )
A(B )
V⊥B
E、I最大
B
感应电流方向C到D
中性面
线圈平面与磁感线垂直的位置
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最 大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势 为零 （2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通 量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电 动势为最大。 （3）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线 圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变 两次
三、交变电流的变化规律
交变电流
2021_2022学年高中物理第二章交变电流1交变电流学案教科版选修3_2
交变电流必备知识·自主学习一、交变电流干电池电源和手摇发电机均能使小灯泡发光,这两种电源的本质区别是什么?提示:干电池提供直流电,而手摇发电机提供交流电。
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:大小和方向随时间做周期性变化的电流,简称交流电。
3.正弦交变电流:电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流,简称正弦交流电。
二、正弦交变电流的产生和表述1.产生:闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时, 线圈中产生的感应电流。
2.表述:(1)电动势:e=E m sinωt,E m=NBSω。
(2)电流:i=I m sinωt。
(3)电压:u=U m sinωt。
3.中性面:中性面的特点有①④⑤。
①线圈平面与磁场垂直。
②线圈平面与磁场平行。
③穿过线圈的磁通量为零。
④穿过线圈的磁通量最大。
⑤线圈越过中性面时电流的方向改变。
关键能力·合作学习知识点一直流电和交变电流1.直流电分类及图像:(1)大小和方向都不随时间改变的电流叫恒定电流,如图甲所示。
(2)方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉冲直流电,如图乙所示。
2.交变电流的分类及图像:(1)正弦交流电随时间变化的图像是一条正弦曲线,如图所示。
从图中可以知道正弦交流电的最大值I m和周期T。
(2)非正弦交流电的形式多种多样,如图是几种常见的交变电流的图像。
【典例】(2020·莱西高二检测)图中各图线不表示交流电的是( )【解析】选B。
交流电是指电流的方向发生变化的电流,电流的大小是否变化对其没有影响,电流的方向变化的有A、C、D,B是直流,本题选不是交流电的,故选B。
1.(多选)如图所示的四种随时间变化的电流图像,其中属于交变电流的是 ( )【解析】选C、D。
电流的大小和方向都随时间做周期性变化的电流是交变电流,A、B所示的电流虽然大小做周期性变化,但电流的方向不变,所以不是交变电流,选项C、D正确,A、B错误。
交变电流课件
2.理想变压器原副线圈的端电压之 比等于这两个线圈的匝数之比
U1 n1 U 2 n2
n2 >n1 U2>U1 -----变压器使电压升高，
升压变压器
n2 <n1 U2 <U1 -----变压器使电压降低，
降压变压器
3.电流与匝数的关系
理想变压器输出功率应等于输入功率
即: P出= P入 U1I1=U2I2
说明：
A、以上关系式只适用于正弦或余弦交 流电；
B、交流用电器的额定电压和额定电流 指的是有效值；
C、交流电流表和交流电压表的读数是 有效值
D、对于交流电若没有特殊说明的均指 有效值
1.如图表示一交流的电流随时间变 化的图像,求该电流的有效值。
I 2RT
1 2
I12 RT
1 2
I 22 RT
42
P1=4400(W)
U1=220(v) U2=n2U1/n1=2200(v)
I=P2/U2=P1/U2=4400/2200=2(A)
U3=U2-Ur=2200-I2r==2192(V) U用=U4=n4U3/n3=219.2(V)
Pr=I'2r=16(W)
P用=P1-Pr=4400-16==4384(W)
连入电路中，若灯泡L2、L3、L4均能正常发光，
则灯泡L1
（ A）
A、也能正常发光
B、较另三个灯暗些
C、将会烧坏
D、不能确定
若输入电压为U，则灯 泡的额定电压为多大？ 电源输入功率多大？
n1
n2
五、电能的输送
｛ 1.减少电压
功率损失
减小输电线的电阻 减小输电电流
U损=Ir P损=I2r
高中物理第2章交变电流第3节表征交变电流的物理量
3．频率 f：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，
符号为 Hz，频率越大，电流变化越快．
4．周期和频率的关系：T＝1f或 f＝T1.
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第十二页，共四十一页。
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【例 1】 (多选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次 分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图 象如图乙中曲线 a、b 所示，则( )
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2.一正弦交流电的电压随时间变化的
规律如图所示，由图可知( )
A．该交流电的电压的有效值为 100 V
B．该交流电的频率为 25 Hz
C．该交流电压瞬时值的表达式为 u＝100sin(25t) V
D．并联在该电压两端的电压表指针不停摆动 B [根据题图可知该交变电流电压的最大值为 100 V，周期为 4×
有效值不一定等于峰值的 22倍．(√ ) (4)只要是交变电流，其峰值就是有效值的 2倍．(× )
12/1(0/520)21家用电器铭牌上标称的电流、电压都是指有效值．(√ )
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2．(多选)某交变电流的方向在 1 s 内改变 100 次，则其周期 T 和频率
f 分别为( )
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ACD [由题图乙知 t＝0 时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，故 A 正确；由图乙知两次转动所产生的交变电动势的周期之比 Ta∶Tb＝ 2∶3，再由周期与转速的关系 n＝T1得 na∶nb＝3∶2，故 B 错误；因 Ta＝ 4×10－2 s，故 fa＝T1a＝25 Hz，C 正确；fb＝T1b＝530 Hz，D 正确．]
18-19 第2章 第1节 认识交变电流
重 难
一次
课 时 分 层 作 业
D．线圈转动一周，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次
返
首
页
自
当
主
堂
预
达
习 •
C
[根据交流电的变化规律可得，如果从中性面开始计时有 e＝Emsin ωt
标 •
探
固
新 知
和 i＝Imsin ωt；如果从垂直于中性面的位置开始计时有 e＝Em cos ωt 和 i＝Imcos
自 主
1．关于线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动产生的交变电流，以下说法中正
当 堂
预
达
习 确的是( )
标
•
•
探 新
【导学号：97752084】
固 双
知
A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，感应电动 基
合 势的方向不变
作 探
B．线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次
究
• 攻
C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变
基
A
B
C
D
合 作 探 究 • 攻 重
C [方向随时间作周期性变化是交变电流最重要的特征．A、B、D 三项 所示的电流大小随时间作周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们是
课 时 分 层 作 业
难 直流电．C 选项中电流的大小和方向都随时间作周期性变化，故选 C．]
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3.一个矩形线圈，在匀强磁场中绕一个固定轴匀速转动，当线圈处于如图
时 分
4．日常生活和生产中所使用的交变电流是按正弦 规律变化的交变电流．
层 作
业
难
返 首 页
二、交变电流的产生
高中物理第二章交变电流第一节认识交变电流第二节交变电流的描述
2．交变电流(或电动势、电压)的图象反映了电流(或电动势、 电压)随时间的变化关系． 3．从图象上可以直接读出电流的最大值和任意时刻的电流值， 以及线圈转动一周用的时间． 4．图象的最大值对应线圈平面与磁场平行，图象上电流(或电 动势、电压)为零时，线圈位于中性面．
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(1)不仅矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴 做匀速转动时产生正弦式交变电流，其他形状的线圈在匀强磁 场中绕垂直磁场的轴做匀速转动时，产生的交变电流也是正弦 式交变电流． (2)线圈开始的位置不同时，只是正弦式交变电流表达式中正弦 函数的角度不同，峰值和函数形式不变． (3)正弦式交变电流电动势的峰值 Em＝NBSω 由线圈的匝数 N、 磁感应强度 B、线圈的面积 S 及其转动的角速度 ω 确定．
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线圈转到与中性面垂直即与磁感线平行的平面 时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，所以线圈的感应电动 势、感应电流和线圈两端的电压都最大．
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(多选)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，下列说法正确的是( ) 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为零 D．线圈中感应电流的方向改变 [思路点拨] 解答本题时应把握以下两点： (1)明确中性面的定义． (2)根据法拉第电磁感应定律，分析穿过线圈磁通量的变化情况．
[思路点拨] 解答本题时可按以下思路分析：
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[解析] 当线圈平面经过中性面时开始计时，则线圈在时间 t 内转过的角度为 ωt，于是瞬时感应电动势 e＝Emsin ωt，其中 Em＝NBSω. 由题意知 N＝50，B＝0.5 T ω＝2π×60150 rad/s＝5π rad/s，S＝0.48 m2 Em＝NBSω＝50×0.5×0.48×5π V≈188 V 所以 e＝188sin 5πt V. [答案] e＝188sin 5πt V
交变电流课件
D.每当感应电动势 e 变换方向时,穿过线圈的磁通量都最大
解析:由图象可知,当 t=0 时,感应电动势有最大值,说明穿过线圈
的磁通量的变化率最大,即线圈平面与磁场平行,选项 C 正确;t1、t3
时刻,感应电动势为零,说明这两个时刻穿过线圈的磁通量的变化率
C.灯先发光,再慢慢熄灭
D.灯一直不亮
思路点拨:解答本题的关键是对电容器充放电的理解和电容器
在电路中的作用.
解析:电容器充电过程有电流,当电容器充电完毕后,电路中就没
有电流,故闭合开关,灯会先发光,再慢慢熄灭,C 对.
答案:C
⑤分析判断 i、e 随时间变化的规律.
典题例解
【例 2】 (双选)一个按正弦规律变化的交变电流的 i-t 图象如
图所示,根据图象可以断定(
)
A.交变电流的频率 f=0.2 Hz
B.交变电流的有效值 Ie=14.1 A
C.交变电流瞬时值表达式 i=20sin(0.02t) A
8
D.在 t= 时刻,电流的大小与其有效值相等
次.
(2)频率 f:交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,
1
符号为 Hz;频率越大,交变电流变化越快.f= =
流的频率为 50 Hz,周期为 T=0.02 s.
.我国民用交变电
2π
5.正弦式交变电流的图象
(1)如果以时间 t 为横坐标、电流 i 或电压 e 为纵坐标,把交变电
能够通过这个电容器,也就是说机芯、外壳间始终在进行着充放电,
所以你能感觉到“漏电”.解决方案就是金属外壳接地.其实,现在生产
的电气设备一般都增加了这一接地线.
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第二章交变电流
第一节交流与直流
1、直流：方向不随时间变化（DC）
2、交流：大小和方向随时间发生变化（AC）
二、交流电的产生
在磁感应强度为B的匀强磁场中，矩形线圈边长为L1、L2逆时针绕轴线转动，
从线圈与磁场垂直时开始计时．当经过任意时刻t，线圈转过角度为ωt，
此时ab、cd边在切割磁感线，产生感应电动势．
e cd=BL1L2=BL1·L2ωsinωt=Bsωsinωt
同样，cd边切割磁感线产生感应电动势．E ab= Bsωsinωt
由于ab、cd两边切割磁感线的电动势是串联，所以当线圈平面
从中性研始计时，经任意时间t，线圈产生瞬时感应电动势
e=e ab＋e cd=Bsωsinωt
讨论：①当θ=ωt= 时，线圈产生的电动势最大Em=BSω
②当θ=0时，线圈产生电动势为零，该面叫中性面．
③感应电动势的表达式按正弦规律变化，即感应电动势大小和方向按正弦规律变化．
④当线圈为N匝时，e=NBSωsinωt=Emsinωt
⑤当线圈与外电路组成闭合回路时，则电流瞬时表达式
三、交流发电机1、发电机结构①用来产生感应电流线圈（电枢）②用来产生感场的磁极
2、种类①旋转电枢式发电机②旋转线圈式发电机无论哪种：转动部分→转子不动部分→定子
2. 描述交流电的物理量
一、周期和频率1、周期（T）：完成一次周期性变化所需时间单位：秒(s)T
2、频率（f）：单位时间（1s）完成周期性变化次数单位：赫兹（Hz） f
二、峰值和有效值
1、峰值：能达到的最大值.Em Um Im
电容器的耐压值（110V）
2、有效值（E，U，I）交流电和直流电通过通过同一电阻，如果在相同时间内产生热量相
同，
把直流电的值叫交流电的有效值. 正弦交流电的有效值与最大值有以下关系：有效值E=220V，则Em=220=311V
各种电表示数，使用交流电设备上标值均为有效值，计算交流电功、功率、热量用有效值.
4. 电感和电容对交流电的影响
一、电感对交流电的影响
实验：电感线圈
通直流、阻交流6v→14v
原因：直流电，线圈对直流阻碍为其线电阻
交流电，电流时刻发生变化，线圈中产生自感电动势
感抗：电感对交流电的阻碍作用，f为交流电频率，L为电感的自感系数，“通低频，阻高频”
应用：①低频扼流圈，L很大，对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电阻碍作用更大
②高频扼流圈，L小，对低频交流电阻碍很小，对高频交流电阻碍大(空心的)
思考：交流电路中直导线绕成线圈，电流如何变？（I减少）
二、电容对交流电的阻碍作用
直流，灯不亮
交流，灯亮
隔直流，通交流，
容抗：电容器对交流电的阻碍作用，
这里f是交流电频率，C为电容器电容。
通高频，阻低频
6. 变压器
一、变压器原理
1、构造：闭合铁芯（有绝缘漆硅钢片）
2、工作原理：表示方法
互感：两线圈相互感应
能量：从原线圈传递到副线圈．
在原线圈两端加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，硅钢片极易被磁化，磁感线沿铁芯既通过原线圈也通过副线圈．在原、副线圈都要引起感应电动势．如果副线圈电路是闭合的，在副线圈中就有感应电流（交流），它在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈，在原、副线圈同样要引起感应电动势．在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，是变压器工作基础．由于互感现象原、副线圈并不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈．3、理想变压器（没有能量损失）①没有漏磁（磁感线全部集中到铁芯上，漏到铁芯外的可以忽略）
②没有发热损失（原、副线圈及铁芯上电流热效应不计）没有能量损失，P入=P出
4、理想变压器规律
①电压规律：
U1=E1＋Ir1U2=E2－Ir2
理想变压器：原、副线圈电阻很小，如果忽略不计U1=E1，U2=E2
n 2＞n1，U2＞U1，升压变压器n2＜n1，U2＜U1，降压变压器
②功率规律：理想变压器，没有能量损失，P入=P出
③电流规律：单组I1U1=I2U2
变压器工作时，原、副线圈中电流跟匝数成反比，匝数很多的线圈流过电流小，用较细导线，
反之，用粗导线．
多组：如果是多组副线圈和变压器
可见输入电流由输出电流决定，或者输入功率由输出功率决定．
注意：①输入电压决定输出电压，，不论R变否，U
不变．
二、需要重点理解的几个问题
①变压器是利用互感现象设计的，只能改变交流电压，不能改变直流电压．②输入、输出电压频率相等
③当原、副线圈的匝数比确定时，变压器输出电压U2由输入电压U1决定，原线圈中的电流I1由副线圈中的电流I2决定．P入由P出决定．④负载是指副线圈所接用电器的实际功率．
三、几种常用的用电器
①自耦变压器
铁芯上只有一个线圈，原、副线圈共用一个，调压变压器
②互感器交流电压表和电流表不能直接测量高电压和大电流．用变压器把高电压变为
低电压，大电流变为小电流，这种变压器也叫互感器．
电压互感器、降压变压器电流互感器、开压变压器
7. 电能的输送
一、输送电能的基本要求：①可靠：保证供电线路正常工作②保质：保证供电质量，电压、频率
③经济：能耗少，电价低
二、输电导线上的功率损失
减小损耗功率的方法：P损＝I2R
①减小导线电阻R
故选用电阻率比较小的材料
②减小输电导线中的电流
高压输电
三、输电线路上电压损失
△U＝U－U′
减小电压损失方法：①减少R②减少电线上电流（增大电压）※电抗（感抗、容抗）同样可导致电压损失
第三章传感器。