高二物理 交变电流
高二物理交变电流知识点总结归纳
高二物理交变电流知识点总结归纳交变电流（Alternating Current，简称AC）是在时间的变化过程中电流方向和大小都不断变化的电流。
在高中物理学习中，交变电流是一个重要的知识点，它关乎到电流的特点、应用以及相关的电路等内容。
本文将对高二物理交变电流的知识点进行总结归纳，以帮助同学们更好地理解和掌握这一内容。
一、交变电流的特点交变电流具有以下几个特点：1. 电流的方向和大小都是随时间而变化的，呈周期性变化。
2. 交变电流的平均值为零，即电荷在单位时间内往返运动，电流的正、负值相等。
3. 交变电流的频率和周期性与电源有关，常见的交流电频率为50Hz或60Hz。
4. 交变电流的最大值称为峰值电流，用I_m表示；最大值与有效值之间有特定的关系：I_m = √2 * I_eff，其中I_eff表示交变电流的有效值。
二、交变电路中的元件和参数在交变电路中，常用到以下元件和参数：1. 交流电源：交流电源是交变电流的来源，常见的交流电源有家庭用电插座和发电厂的交流电。
2. 电感器（L）：电感器是一种存储电能的元件，它的作用是抵抗电流变化，常用符号为L，单位是亨利（H）。
3. 电容器（C）：电容器是一种存储电荷的元件，它的作用是分担电流变化，常用符号为C，单位是法拉（F）。
4. 电阻器（R）：电阻器是一种控制电流大小的元件，它的作用是限制电流的流动，常用符号为R，单位是欧姆（Ω）。
5. 频率（f）：频率指单位时间内交变电流变化的次数，单位是赫兹（Hz）。
6. 周期（T）：周期指一个完整的交变电流的周期，即从一个极值到下一个极值所经过的时间，单位是秒（s）。
三、交变电路中的重要规律和公式在分析交变电路时，有一些重要的规律和公式需要掌握：1. 电压与电流的关系：U = I * Z，其中U表示电压，I表示电流，Z 表示交流电阻（由电感、电容和电阻组成）。
2. 交流电路中的欧姆定律：I = U / Z，欧姆定律同样适用于交变电路，但要注意其中的电阻值是交流电阻。
物理高二交变电流知识点
物理高二交变电流知识点交变电流是物理学中的重要概念之一。
它是电流在时间上发生周期性变化的现象。
对于学习物理的高中生来说，了解和掌握交变电流的相关知识点是必要的。
本文将介绍高二物理交变电流的几个重要知识点。
一、交变电流的定义和特点交变电流是指电流随着时间的推移而周期性变化的电流。
它的方向和大小在一个周期内是不断改变的。
交变电流通常用正弦函数表示，具有周期性、可变化和周期性变化的特点。
二、交变电流的频率和周期交变电流的频率是指单位时间内交变电流经过一个完整周期的次数。
频率的单位是赫兹(Hz)。
周期是指交变电流完成一个完整周期所需的时间。
频率和周期之间有以下关系：频率=1/周期。
在交流电路中，常见的电网频率为50Hz，即每秒完成50个周期。
三、交变电流的有效值和最大值交变电流的有效值是指具有相同功率交流电与相同功率直流电所产生的能力相同的电流。
有效值用大写字母“I”表示。
最大值是指交变电流的最大瞬时值，用大写字母“Imax”表示。
交变电流的有效值与最大值之间有以下关系：有效值=最大值/根号2。
四、交变电流的振幅和相位差交变电流的振幅是指交变电流波形图中从波峰到波谷的距离的一半。
振幅用小写字母“a”表示。
相位差是指两个交变电流波形图之间的时间差，常用角度来表示。
相位差可以使正值或负值，分别表示正相位差或负相位差。
五、交变电流的阻抗和电感在交流电路中，电流的流动受到电路元件的阻碍，这种阻碍被称为阻抗。
阻抗的单位是欧姆(Ω)。
电感则是一种导体对交变电流的电阻。
当电流通过电感时，电感会产生电磁感应，阻碍电流的流动。
六、交变电流的功率和功率因素交变电流的功率是指电流在单位时间内所做的功。
功率的单位是瓦特(W)。
在交流电路中，根据交流电压和电流的相位差，功率可以分为视在功率、有功功率和无功功率。
功率因素是指有功功率与视在功率之间的比值。
七、交变电流的应用交变电流广泛应用于生活和工业中的电力系统、电器设备和通信系统中。
高中物理新教材同步选择性必修第二册 第3章交变电流1 交变电流
1交变电流[学习目标] 1.通过实验观察交变电流的方向.2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式.3.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式.4.了解交流发电机的构造及工作原理．一、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作交变电流，简称交流．2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．二、交变电流的产生交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用右手定则判断线圈切割磁感线产生的感应电流方向．三、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，线圈中的电流为零．2．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＝E m sin ωt，E m叫作电动势的峰值，E m＝NωBS.3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流．4．正弦式交变电流和电压电流表达式i＝I m sin_ωt，电压表达式u＝U m sin_ωt.其中I m、U m分别是电流和电压的最大值，也叫峰值．四、交流发电机1．主要构造：电枢和磁体．2．分类(1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动．(2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动．判断下列说法的正误．(1)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．(×)(2)线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．(×)(3)线圈在通过中性面时电流的方向发生改变．(√)(4)从线圈平面经中性面时开始计时，在线圈转动90°角的时间内，电流一直增大．(√)(5)从线圈平面与中性面垂直开始计时，在线圈转动2圈的过程中电流方向改变4次．(√)(6)线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置．(×)一、交变电流与直流1．交变电流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流．2．常见的交变电流的波形图实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图1所示．图13．直流方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流．如图所示，属于交流电的是()答案 C解析电流大小、方向随时间做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做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们是直流电，故A 、B 、D 错误；C 选项中电流符合交变电流的特征，故C 正确．二、交变电流的产生导学探究 假定线圈绕OO ′轴沿逆时针方向匀速转动，如图2所示，则：图2(1)线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？(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感应电流最大．线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面．知识深化 两个特殊位置1．中性面位置(S ⊥B ，如图2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2中的乙、丁)此时Φ为0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大． (多选)下图中，哪些情况线圈中产生了交变电流( )答案BCD针对训练在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路．t1、t2时刻线框分别转到如图3甲、乙所示的位置，图甲中线框与磁感线平行，图乙中线框与磁感线垂直，下列说法正确的是()图3A．t1时刻穿过线框的磁通量最大B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左答案 B解析t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律判断知通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，磁通量的变化率为零，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，C、D 错误．三、正弦式交变电流的变化规律导学探究如图4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4(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)e ab ＝BL 1v sin ωt ＝BL 1L 2ω2sin ωt ＝12BL 1L 2ωsin 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e ab ＝e cd ，所以e 总＝e ab ＋e cd ＝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 .知识深化1．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 ＝E m sin ωt ，i ＝I m sin ωt ，u ＝U m sin ωt(2)从与中性面垂直的位置开始计时e ＝E m cos ωt ，i ＝I m cos ωt ，u ＝U m cos ωt .2．交变电流的峰值E m ＝NωBS ，I m ＝NωBS R ＋r ，U m ＝NωBSR R ＋r. 说明 电动势峰值E m ＝NωBS 由线圈匝数N 、磁感应强度B 、转动角速度ω和线圈面积S 决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．如图5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5如图6所示，匀强磁场的磁感应强度B ＝2πT ，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：图6(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值．(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始感应电动势的瞬时值表达式．(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值．(4)线圈从开始计时经16s 时线圈中的感应电流的瞬时值． (5)外电路R 两端电压的瞬时值表达式．答案 (1)2 2 V (2)e ＝22cos 2πt (V) (3)65 A (4)25 A (5)u R ＝825cos 2πt (V) 解析 (1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为E m ，则E m ＝nBL 2ω＝100×2π×0.12×2π V ＝2 2 V.(2)从题图所示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e ＝E m cos ωt ＝22cos 2πt (V)．(3)从题图所示位置转过30°角时感应电动势的瞬时值e ′＝22cos 30° V ＝ 6 V ，则电路中电流的瞬时值为i ＝e ′R ＋r ＝65A. (4)t ＝16 s 时，e ″＝E m cos ωt ＝22cos(2π×16)＝ 2 V ， 对应的电流的瞬时值i ′＝e ″R ＋r ＝25A (5)由欧姆定律，得u R ＝e R ＋rR ＝825cos 2πt (V)．确定正弦式交变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E m ＝NωBS .4．写出瞬时值表达式e ＝E m sin ωt 或e ＝E m cos ωt .四、交变电流的图像如图7甲、乙所示，从图像中可以得到以下信息：图7(1)交变电流的峰值E m 、I m .(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．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8甲所示，则下列说法中正确的是( )图8A ．t ＝0时刻，线圈平面与中性面垂直B ．t ＝0.01 s 时刻，Φ的变化率达到最大C ．t ＝0.02 s 时刻，电动势的瞬时值达到最大D ．该线圈产生的相应感应电动势的图像如图乙所示答案 B解析 由题图甲知，当t ＝0时，Φ最大，说明线圈平面与中性面重合，故选项A 错误；当t＝0.01 s 时，Φ最小，为零，Φ－t 图像的斜率最大，即Φ的变化率ΔΦΔt最大，故选项B 正确；当t ＝0.02 s 时，Φ最大，此时电动势的瞬时值为零，故选项C 错误；由以上分析可知，选项D 错误.1．(交变电流的产生)(2020·山西实验中学高二月考)如图所示，各图中面积均为S 的线圈绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为B 的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，从图示时刻开始计时，能产生正弦交变电动势e ＝BSωsin ωt 的是( )答案 A解析由题图可知，只有A、C两图线圈转动时穿过线圈的磁通量发生变化，产生交变电流，但C图产生的感应电动势按余弦规律变化，即e＝BSωcos ωt，A图产生的感应电动势按正弦规律变化，即e＝BSωsin ωt；B、D两图线圈转动时均没有导致磁通量变化，不能产生感应电动势．选项A正确，B、C、D错误．2.(交变电流的图像)(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图9所示，则下列说法正确的是()图9A．图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零C．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大答案ACD解析由题图可知，当t＝0时，感应电动势最大，说明穿过线圈的磁通量的变化率最大，磁通量为零，即题图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的，选项A正确；t1、t3时刻感应电动势为零，穿过线圈的磁通量的变化率为零，磁通量最大，选项B错误，C正确；感应电动势e的方向变化时，线圈通过中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，选项D正确．3.(交变电流的图像)如图10所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图像中可能正确的是()图10答案 C解析以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，为负值，且线圈远离中性面，Φ减小，电流增大，故选项C正确．4.(交变电流的变化规律)有一匝数为10匝的正方形线圈，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图11所示，垂直于线圈平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T．(线圈转动从中性面开始计时)图11(1)求该线圈产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别为多少？(2)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？(3)写出感应电动势随时间变化的表达式．答案(1)6.28 V 6.28 A(2)5.44 V(3)e＝6.28sin 10πt (V)解析(1)线圈产生的交变电流电动势最大值为E m＝NBSω＝10×0.5×0.22×10π V＝6.28 V，电流的最大值为I m＝E mR＝6.281A＝6.28 A.(2)线圈从题图所示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值E＝E m sin 60°≈5.44 V.(3)由于线圈转动是从中性面开始计时的，所以感应电动势瞬时值表达式为e＝E m sin ωt＝6.28sin 10πt (V).考点一交变电流的理解与产生1．(多选)下列图像中属于交变电流的有()答案ABC解析选项D中，电流大小随时间变化，但因其方向不变，所以是直流．选项A、B、C中i的大小和方向均做周期性变化，故它们属于交变电流．2.如图1所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连．M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连．在线圈转动过程中，通过电阻R的电流()图1A．大小和方向都随时间做周期性变化B．大小和方向都不随时间做周期性变化C．大小不断变化，方向总是P→R→QD．大小不断变化，方向总是Q→R→P答案 C解析半圆环交替接触电刷，从而使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型，由右手定则知，外电路中电流方向是P→R→Q，故C正确．3．(2020·安徽阜阳三中高二月考)交流发电机发电示意图如图2所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是()图2A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量变化率最大B．转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势为零C．转到图丙位置时，线圈中产生的感应电流最大D．转到图丁位置时，AB边中感应电流方向为A→B答案 D解析 转到题图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小，为零，选项A 错误；转到题图乙位置时，线圈平面与磁感线平行，线圈中产生的感应电动势最大，选项B 错误；转到题图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时线圈中产生的感应电流最小，且感应电流方向改变，选项C 错误；转到题图丁位置时，线圈平面与磁感线平行，切割速度与磁感线垂直，根据右手定则可知，AB 边中感应电流方向为A →B ，选项D 正确． 考点二 正弦式交变电流的变化规律4．交流发电机工作时电动势为e ＝E m sin ωt ，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势e ′变为( )A ．E m sin ωt 2B ．2E m sin ωt 2C ．E m sin 2ωtD.E m 2sin 2ωt 答案 C 解析 感应电动势的瞬时值表达式e ＝E m sin ωt ，而E m ＝NBωS ，ω＝2πn ，当n 提高一倍时，ω加倍；当ω加倍而S 减半时，E m 不变，故C 正确．5．(多选)如图3所示，矩形线圈abcd 放在匀强磁场中，ad ＝bc ＝l 1，ab ＝cd ＝l 2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则( )图3A ．以OO ′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin ωtB ．以O 1O 1′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin ωtC ．以OO ′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωcos ωtD ．以OO ′为转轴跟以ab 为转轴一样，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωcos ωt答案 CD解析 以O 1O 1′为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流．无论以OO ′为轴还是以ab 为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl 1l 2ω，由于是从与磁场平行的面开始计时，产生的是余弦式交变电流，故C 、D 正确，A 、B 错误．6.(多选)如图4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，转动过程线框中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e ＝0.5sin (20t ) V ，由该表达式可推知以下哪些物理量( )图4A．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．线框转动的角速度答案CD解析根据正弦式交变电流的感应电动势的瞬时值表达式e＝BSωsin ωt可得ω＝20 rad/s，而穿过线框的磁通量的最大值为Φm＝BS，根据BSω＝0.5 V可知磁通量的最大值Φm＝0.025 Wb，无法求出匀强磁场的磁感应强度和线框的面积，故C、D正确．考点三交变电流的图像7.一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的感应电动势如图5所示．下列判断正确的是()图5A．t＝0.01 s时刻，线圈平面处于中性面位置B．t＝0.02 s时刻，线圈平面与磁感线平行C．t＝0.01 s时刻，通过线圈平面的磁通量为零D．1 s内电流的方向变化50次答案 A解析由题图可知t＝0.01 s和t＝0.02 s时，感应电流为零，则感应电动势为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，A正确，B、C错误；由于正弦式交变电流在一个周期内电流方向变化两次，而该交变电流的周期为0.02 s，则1 s内电流的方向变化100次，D错误．8．(多选)如图6甲所示，一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴OO′匀速转动，从某个时刻开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是()图6A ．t ＝0时刻线圈处于中性面位置B ．t 1、t 3时刻线圈中的感应电流最大且方向相同C ．t 2、t 4时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，但感应电流却为零D ．t 5时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率也为零答案 AC解析 t ＝0时刻穿过线圈的磁通量最大，所以线圈处在中性面位置，故A 正确；t 1、t 3时刻穿过线圈的磁通量为零，线圈平面与磁场平行，磁通量的变化率最大，感应电流最大，但方向相反，故B 错误；t 2、t 4时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以感应电流为零，故C 正确；t 5时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故D 错误．9．(2020·安徽合肥一六八中学高二下测试)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势瞬时值表达式为e ＝102sin (4πt ) V ，则( )A ．该线圈转动的角速度为4 rad/sB ．t ＝0时刻线圈平面与磁场垂直C ．t ＝0.25 s 时，e 达到最大值D ．在1 s 时间内，线圈中电流方向改变10次答案 B解析 由交变电动势的瞬时值表达式e ＝102sin (4πt ) V ，可知感应电动势的最大值E m ＝10 2 V ，线圈转动的角速度ω＝4π rad/s ，选项A 错误；将t ＝0代入交变电动势的瞬时值表达式，可得感应电动势为0，则此时线圈处于中性面，线圈平面与磁场垂直，选项B 正确；将t ＝0.25 s 代入交变电动势的瞬时值表达式e ＝102sin (4πt ) V ，可得e ＝102sin π V ＝0，e达到最小值，选项C 错误；线圈转动的周期T ＝2πω＝0.5 s ，则在1 s 时间内线圈转过2周，转1周电流方向改变2次，则在1 s 时间内线圈中电流方向改变4次，选项D 错误．10．一矩形线圈有100匝，面积为50 cm 2，线圈内阻r ＝2 Ω，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时，已知磁感应强度B ＝0.5 T ，线圈的转速n ＝1 200 r/min ，外接一纯电阻用电器，电阻为R ＝18 Ω，试写出R 两端电压的瞬时值表达式．答案u＝9πcos (40πt) V解析n＝1 200 r/min＝20 r/s，角速度ω＝2πn＝40π rad/s，线圈产生的感应电动势的最大值E m＝NBSω＝100×0.5×50×10－4×40π V＝10π V，从线圈平面与磁场平行时开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式e＝E m cos ωt＝10πcos (40πt) V，由闭合电路欧姆定律i＝eR＋r，故R两端电压的瞬时值表达式u＝Ri＝9πcos (40πt) V.11.(2020·泉州市泉港区第一中学月考)如图7所示，矩形线圈匝数N＝100，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8 T，绕垂直磁场的轴OO′从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s，则：图7(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm为多大？(2)线圈产生的感应电动势最大值E m为多大？(3)感应电动势e随时间t变化的表达式？(从图示位置开始计时)(4)从图示位置开始匀速转动60°时，线圈中产生的感应电动势为多少？答案(1)0.048 Wb(2)480π V(3)e＝480πcos 100πt (V)(4)240π V解析(1)当线圈转至与磁感线垂直时，穿过线圈的磁通量有最大值，Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb(2)线圈平面与磁感线平行时，感应电动势有最大值为E m＝NBSω＝100×0.8×0.3×0.2×100π V＝480π V；(3)从题图所示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝E m cos ωt＝480πcos 100πt (V)；(4)从题图所示位置开始匀速转动60°，即ωt＝60°，则此时线圈中产生的感应电动势e′＝480π×cos 60° V＝240π V.。
第1课 交变电流(课件)高二物理(人教版2019选择性必修第二册)
( √)
(6)当线圈位于中性面位置时，线圈中的感应电动势最大。
( ×)
不同形式的交流电：
正弦式电流是最简单、最基 本的交变电流。电力系统中应用 的大多是正弦式电流。在电子技 术中也常遇到其他形式的交流。
交流发电机的基本结构
五、交流发电机
1.基本组成
线圈（叫电枢） →产生感应电动势 磁极 →产生磁场
2.基本种类
旋转电枢式 →电枢动，磁极不动 旋转磁极式 →磁极动，电枢不动
无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。
五、交流发电机
3.两种发电机的比较 旋转电枢式的缺点： 旋转磁极式的优点：
电压高会火花放电、电枢无法做大 高电压、高功率输出
交流发电机
例1:一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为Em=400V， 线圈匀速转动的角速度为ω=314rad/s，试写出电动势瞬时值的表达式？ 如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2000Ω，内电阻不计。 电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。
时(CD )
A．线圈中感应电流的方向为abcda
特点：1.B⊥S，φ最大 2.没有切割，E=0，I=0
此时位置称之为--中性面
二、交变电流的产生 2.向左转过90度
B A
C D
B∥S，φ=0
A(B)
D(C)
乙 a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线， E最大，I最大
特点：1.B∥S，φ=0，E最大，I最大，
2.感应电流方向DCBA
二、交变电流的产生
（ ABD ）
A．当线圈位于中性面时，线圈中感应电动势为零 B．当穿过线圈的磁通量为零时，线圈中感应电动势最大 C．线圈在磁场中每转一周，产生的感应电动势和感应电流的方向改变一次 D．每当线圈越过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次
第2节 交变电流的描述
第2节 交变电流的描述学习目标要求核心素养和关键能力1.知道交变电流的周期、频率的概念，掌握 T 、f 、ω之间的关系。
2．理解交变电流的峰值、有效值的概念，会根据电流的热效应计算电流的有效值。
3．理解正弦式交变电流的公式和图像。
1.科学思维利用等效的思想理解“电流热效应”的概念。
2．关键能力数形结合分析问题的能力。
一、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，通常用T 表示，单位是秒。
2．频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率。
数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。
通常用f 表示，单位是赫兹。
3．T 、f 、ω三者之间的关系(1)周期与频率的关系：f ＝1T 或T ＝1f 。
(2)角速度与频率的关系：ω＝2πf 。
二、峰值和有效值1．峰值：交变电流的最大值。
峰值I m 或U m ，用来表示电流的强弱或电压的高低。
2．有效值定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则这个恒定电流的数值就叫作这一交变电流的有效值。
3．正弦式交变电流的有效值与峰值的关系理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I 、U 与峰值I m 、U m 之间的关系为I ＝I m 2＝0.707I m ，U ＝U m2＝0.707U m 。
【判一判】(1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零。
(×)(2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值。
(×)(3)一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的。
(×)(4)交流电路中，交流电压表、交流电流表的测量值都是有效值。
(√)三、正弦式交变电流的公式和图像1．正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况。
若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线。
2．若已知电压、电流最大值分别是U m、I m，周期为T，则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为u＝U m sin__2πT t，i＝I m sin__2πT t。
交变电流的描述 课件 -高二物理人教版(2019)选择性必修第二册
（ ×）
（4）交变电流的有效值总是小于峰值。（
（5）交变电流的峰值为有效值的 2 倍。（
）
√
）
×
课堂练习
2.关于交变电流的周期和频率,下列说法中正确的是(AC)
A．交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期的
一半
B．1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
角速度ω=100πrad/s，在1s内电流的方向变化100次
分析线圈的转动
e Em sin t
i I m sin t
u U m sin t
分析讨论
交变电流的电压随时间的变化图像如图所示，这个交变电
流的周期是多少？频率是多少？
二、峰值和有效值
1.有效值：让交流电和恒定电流通过同样的电阻，如果它们在相
C．交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D．50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s
人教版2019版选择性必修第二册
第三章 交变电流
3.2 交变电流的描述
一、周期和频率
周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作它的周期，
通常用T表示，单位是秒。
频率：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用f
表示，单位是赫兹。
1
f
T
1
T
f
T
2Leabharlann f 2
我国生产和生活所用交流电：周期 T=0.02s，频率f=50Hz
这个电流不是恒定电流。
1. 怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量？
2. 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R，也
能在1s内产生同样的热，这个电流是多大？
高二物理交变电流的产生和变化规律表征交变电流的物理量
嗦夺市安培阳光实验学校高二物理交变电流的产生和变化规律、表征交变电流的物理量【本讲主要内容】交变电流的产生和变化规律、表征交变电流的物理量【知识掌握】【知识点精析】本讲的重点、难点是交流电的概念和变化规律，交变电流的有效值和交流电的优越性，有效值的物理意义。
高考主要考察交流电的产生和有效值、瞬时值的计算，题型都为选择题，尤其是有效值的计算，主要考察物理中的等效思想。
1. 交变电流的产生及其变化规律（1）交变电流：强度和方向都随时间周期性变化的电流。
（2）正弦交变电流的产生：一个矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴匀速转动便可产生。
（3）正弦交变电流的变化规律中性面：与磁场方向垂直的平面。
线圈转到中性面时，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，线圈每经过一次中性面，电流的方向改变一次。
变化规律：正弦交变电流图象（如下图）：2. 表征交变电流的物理量（1）周期和频率交变电流的周期和频率是表征交变电流变化快慢的物理量。
周期T：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间。
从交变电流产生的角度来看，它就等于旋转电枢式发电机中线圈转动的周期。
频率f ：交变电流在1s内完成周期性变化的次数。
显然，f =T1。
（1）有效值和最大值有效值：在热效应上和直流电等效的物理量。
譬如，上面的交流电流的有效值就是I 。
如果我们不要每次都用实验去测量，那么，物理学家已经用高等数学工具计算出来：对于正弦交流电而言，其有效值和最大值之间具有以下关系I =21Im U = 21Um我们已经介绍有效值在意义和对于正弦交流电的计算方法。
那么，在实际应用中，它还有什么价值呢？原来，交流电表中的实数全部都是有效值（交流电表的工作原理、为什么指示有效值，目前不便介绍，有兴趣的同学可以参看相关的课外资料）。
此外，人们通常口头上所说的多少伏、多少安的交流电也是指的交流电的有效值。
与之相对应的，最大值也有它的意义：譬如，当一个电容器接在交流电源上，它是否安全（不被击穿）取决于其间的场强情况，如果超过了额定场强，绝缘介质的击穿是一瞬间的事，而不需要多长时间的热效应累计。
3.1交变电流+教学设计+-2023-2024学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
第1课时 3.1《交变电流》1.课时教材分析：课标要求：1、通过实验认识交变电流，知道生产生活中使用的大多是正弦式交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流。
2、经历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。
3、了解发电机是将机械能转化为电能的装置，各种发电机的区别在于机械能产生的形式不同。
对课程标准的解读为：本条目要求学生了解交变电流的产生原理和交变电流的基本特征，属于了解水平。
学生应该从交流电的产生实验中明确，交流电的产生原理是电磁感应，知道交流电是大小和方向随时间发生周期性变化的电流。
学生能够根据交流电的特征，会用函数表达式来描述交变电流。
本章内容包括交变电流的规律，变压器模型及远距离输电模型，与之前所学内容构成完整的“电磁感应及其应用”体系，有利于培养学生的科学思维。
作为本章的第一节，本节内容既是对之前学习内容的巩固提升，又是为后面交变电流的描述做前期铺垫，是学生把知识从理论层面到应用层面的过渡，有承上启下的作用。
本节课从学生采访的实例反映的社会问题入手，以此创立与本单元知识密切相关的挑战性大任务，并分解为与每一章节相对应的子任务。
在逐层探究过程中提升学生的学科素养。
2.课时学情分析：在之前的教材学习中，学生已经初步了解产生感应电流的条件、感生电动势和动生电动势公式、也会用法拉第电磁感应定律和右手定则来判定电流的方向。
但对于在实际电路中具体分析上述知识的能力尚且不足，也不能把上述知识形成体系、综合处理解决问题，因此需要教师在教学中要加以引导。
3.课时学习重点：1、直流和交流的概念。
2、对特殊位置进行进行定性分析，得到交变电流的规律。
3、通过对一般位置的推导，能定量得到电动势瞬时值的表达式。
4.课时学习难点：对一般位置定量计算电动势的表达式。
5.课时学习目标：核心知识素养:交变电流的特征和规律物理观念:通过对交变电流的认识,深化物质观念；了解发电机工作过程中的能量转化科学思维:经历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科学探究:分析发电机电动势的过程中经历从特殊到一般的探究过程，并能基于结果分析模拟发电机发电图像不是正弦的原因。
高二物理选择性必修件交变电流
汇报人：XX 20XX-01-19
目 录
• 交变电流基本概念与产生 • 描述交变电流的物理量 • 电阻、电感和电容对交变电流的影响 • 变压器原理与应用 • 远距离输电技术与实践 • 日常生活中交变电流应用举例
01
交变电流基本概念与 产生
交变电流定义及特点
交变电流定义
节能灯等照明设备工作原理简介
节能灯工作原理
通过镇流器给灯管灯丝加热，灯丝发射电子，电子碰撞氩原 子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子 ，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm 的紫外 线，紫外线激发荧光粉发光。
LED灯工作原理
LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架 上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环 氧树脂封装起来。
直流输电技术应用前景展望
大规模可再生能源并网
跨国跨洲电网互联
随着可再生能源的大规模开发，如风电、 光伏等，直流输电技术可解决其并网问题 ，提高电网接纳能力。
直流输电技术可实现不同国家、不同洲际 电网的异步互联，促进全球能源互联网的 发展。
城市电网增容与改造
海上风电送出与并网
在城市电网中，采用直流输电技术可减小 线路走廊占用空间，提高土地利用效率， 同时降低对城市环境的影响。
容抗
电容对交变电流的阻碍作用称为 容抗，容抗的大小与电容量C和
交变电流的频率f成反比，即 Xc=1/(2πfC)。
相位差
电容会使交变电流的电流相位超 前于电压相位90度。
无功功率
电容在交变电路中不消耗有功功 率，但会储存和释放无功功率。 同时，电容具有“通交流、隔直 流”的特性，在交流电路中相当
高二物理第五章交变电流复习课件
【解析】（1）由题图乙可知通过线圈导线的任意一个横截面 的电流的最大值Im=2.0A。 （2）矩形线圈转动的周期 T=4.0×10-3s。 （3）由有效值I= P=I2R=
I m 2 =4W。 R 2 Im 知，线圈电阻上产生的电热功率为 2
（4）由能量守恒定律可知，外界对线圈做的功先转化成电能
再转化成电热，1min内外界对线圈做的功W=Pt=240J。
为 E E m 2 Bnr
2
2
4
2
2
电阻R上产生的热量
E 2 T 4 B2 r 4 n Q （ ） R 。 R 4 8R
（2）在线圈从图示位置转过 1 转的时间内，电动势的平均值
为 E 。
t
4
2 E Br 通过R的电荷量 q I t t 。 R R 2R
A.通过R1的电流有效值是
6 A 5
B.R1两端的电压有效值是6 V
C.通过R2的电流最大值是 6 2 A
5 D.R2两端的电压最大值是 6 2 V
【标准解答】选B。首先从交变电流图像中找出交变电流的最 大值即为通过R2的电流的最大值为
3 2 A，由正弦交变电流最 5
大值与有效值的关系Im= 2 I，可知其有效值为0.6 A，由于R1 与R2串联，所以通过R1的电流的有效值也是0.6 A，A、C错 误；R1两端电压的有效值为U1=IR1=6 V，B正确；R2两端电压 的最大值为 U m2＝I m R 2 3 2 20 V 12 2 V， D错误。
答案：（1）2.0A
（3）4W
（2）4.0×10-3s
（4）240J
二、交变电流图像的应用
交流电的图像反映了交变电动势（电流）随时间变化的特征， 对正弦式交流电来说，我们可以从图像中获取如下信息： 1.交流电的周期（T）：一个完整的正弦波对应的时间段，知 道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω =
高二新课讲义-交变电流1
第一讲交变电流的产生和描述【学习目标】1.理解交变电流的产生原理，会推导出电动势的瞬时值。
2.会判断在中性面和平行面位置各个物理量的区别。
3.会结合物理情景和图像分析“四值”，并且进行简单的计算问题。
【知识点一】交变电流定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。
【例】下图中画出了六种电流随时间变化的图像.这六个图中的电流,都随时间t作周期性变化,其中属于交流电的是________,属于正弦式交流电的是________.【知识点二】正、余弦交流电：1.产生：强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。
矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，产生正弦（或余弦）交流电动势。
当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。
2.变化规律：（1）中性面：与磁感线垂直的平面。
平行面（也叫垂直于中性面的位置）：与磁感线平行的平面。
（2）正弦交流电的函数表达式若n 匝面积为S 的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为t NBS e ωωsin =，用ωNBS E m =表示电动势最大值，则有t E e m ωsin =。
若与外电阻R 串联，则其电流大小为i ＝e R ＝E mR sin ωt ＝I m sin ωt ，电压大小为u ＝U m ·sin ωt ＝RE mR ＋r sin ωt 。
(3)线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变，电动势的瞬时值表达式：e t m =εω·s i n ，感应电流的瞬时值表达式：i I t m =·s i n ω. (4)线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变，电动势的瞬时值表达式：et m =εω·c o s ，感应电流的瞬时值表达式：i I t m =·c o s ω。
高二上物理交变电流知识点
高二上物理交变电流知识点交变电流是指其方向和大小在时间上都随时间发生周期性变化的电流。
交变电流在现代社会的电力传输、通信、电子设备等方面起着重要作用。
本文将介绍高二上学期物理课程中涉及的交变电流的主要知识点。
一、交变电流的特点1. 频率：交变电流的频率是指电流方向变化的次数，单位为赫兹（Hz）。
一般来说，电力传输中使用的交流电的频率为50Hz或60Hz。
2. 周期：交变电流的周期是指电流方向变化一次所经过的时间，周期的倒数即为频率。
3. 有效值：交变电流的有效值是指与直流电相当的能够产生相同功率的交变电流值。
二、交变电流的产生与表示1. 交流电源：交流电源是产生交变电流的设备，常用的交流电源有交流发电机、交流电池等。
交流电源的输出电压可表示为正弦函数的形式。
2. 极坐标法表示：交变电流可用极坐标法表示，即通过一个矢量表示电流的幅值和相位差。
矢量的模长表示电流的幅值，矢量的方向表示电流的相位。
三、交变电流的电压与电流关系1. 交变电压的表示：交变电压可用正弦函数表示，即随时间的变化而改变方向和大小。
交变电压的有效值等于其峰值的一半。
2. 电流与电压的关系：交变电流与电压之间的关系可以用欧姆定律和物理性质表达，即 U=IR，其中 U 表示电压，I 表示电流，R 表示电阻。
四、电阻中的交变电流1. 交变电流通过电阻时的能量损耗：交变电流通过电阻时，由于电阻产生的电热效应会导致能量损耗，能量损耗与电流的平方成正比。
2. 电阻中的交变电流与直流电流的等效：在相同电流有效值的情况下，电阻中的交变电流和直流电流产生相同的热效应。
五、电感与交变电流1. 电感的概念：电感是指导线圈等的导体中由于电流变化而产生的感应电动势与此电流的变化率成正比的物理量。
2. 电感对交变电流的影响：电感对交变电流具有阻抗的作用，阻碍电流变化的速度，使电压和电流之间存在相位差。
六、电容与交变电流1. 电容的概念：电容是指两个导体之间由于电荷分布而产生的电势差与电荷量之比。
高二物理：交变电流有效值的理解与计算
解析 由题图乙知，输出电压最大值为 311 V，则有效值为 220 V，故电压表示数应为 220 V，A 错误；电流表示数为 1 A，B 错误；灯泡两端电压随时间变化规律为 uR＝3211cos 100πt，C 错误；电流 i＝ 2cos 100πt，D 正确． 答案 D
A．1∶ 2
B．1∶2
C．1∶4
D．1∶1
转到解析
C．第一次和第二次灯泡的电功率之比是 2∶9
D．第一次和第二次灯泡的电功率之比是 1∶5
转到解析
5.高考模拟演练
1．(2016·全国卷Ⅲ，21)(多选)如图 10，M 为半圆形导线框，圆心为 OM；N 是圆 心角为直角的扇形导线框，圆心为 ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧 半径相等；过直线 OMON 的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。现 使线框 M、N 在 t＝0 时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过 OM 和 ON 的轴， 以相同的周期 T 逆时针匀速转动，则( )
解析显隐
【备选训练】 (多选)如图所示，先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两
端的电压随时间按正弦规律变化，如图甲所示；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所
示。若图甲、乙中的 U0、T 所表示的电压、周期值是相等的，则以下说法正确的是( )
A．第一次灯泡两端的电压有效值是
2 2 U0
B．第二次灯泡两端的电压有效值是32U0
二、非正弦交变电流有效值的计算
(1). 计算有效值时要注意根据电流的热效应，抓住“三同”： “相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”来列式求 解．“相同时间”一般取一个周期时间． (2). 利用两个公式 Q＝I2Rt 和 Q＝UR2t 可分别求得电流有效值 和电压有效值．
【课件】交变电流的描述 高二物理同步课件(人教版2019选择性必修第二册)
Q交=2（Q1+Q2）=2.8J
Q交 I Rt 带入数据得： 2.8 I 1 1
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直
2
直
I 直 1.67A
三、有效值
2.有效值：让交流和恒定电流分别通过大小相同电阻，如果在相同时间（一个周期内）
它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把这I、U叫做这个交流
的有效值。
Q交 (4 2 )2 R 1 (3 2 )2 R 1 50R
所以50R=I2Rt，解得I=5A
三、有效值
3.有效值与峰值的关系
理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系：
Em
E
0.707 Em
2
Um
U
0.707U m
2
Im
I
0.707 I m
2
上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。
(2)负载电压u随时间变化的规律：
u U m sin t
(3)电流i随时间变化的规律：
i I m sin t
思考与讨论：
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么
我们如何描述这种电流的变化特征呢？
一、周期和频率
线圈转
动一周
电压、电流都发生一次周期性变化
e=Emsinωt
u=Umsinωt
名称
瞬时值
最大值
物理含义
重要关系
适用情况
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ωt
i＝Imsin ωt
分析交变电流在某一时
最大的瞬时值
Em＝NBSω
Em
Im
高中高二物理教案：三相交变电流
高中高二物理教案：三相交变电流教学目标：1. 理解三相交变电流的概念和特点。
2. 掌握三相交变电流的产生和传输原理。
3. 了解三相交变电流的应用领域。
教学重点：1. 三相交变电流的产生原理。
2. 三相交变电流的传输原理。
教学难点：1. 理解三相交变电流的特点。
2. 掌握三相交变电流的传输原理。
教学准备：1. 班级投影仪。
2. 电流发生器、电压表和电流表。
3. 课堂实验材料。
教学过程：Step 1：引入三相交变电流的概念和特点（10分钟）1. 展示三相交变电流的实际应用场景，如电力系统。
2. 介绍三相交变电流的概念和特点，包括电流方向、相位关系和幅值变化规律。
Step 2：三相交变电流的产生原理（15分钟）1. 介绍三相交变电流的产生原理，包括三相交变电压的产生和电流的产生。
2. 通过实验演示，使用电流发生器、电压表和电流表产生并测量三相交变电流。
Step 3：三相交变电流的传输原理（15分钟）1. 介绍三相交变电流的传输原理，包括三相电源的连接方式和三相电源电压的传输。
2. 通过示意图和实例演示三相交变电流的传输原理。
Step 4：三相交变电流的应用领域（10分钟）1. 介绍三相交变电流的应用领域，如电力系统、工业生产和家庭用电。
2. 分析三相交变电流在不同领域中的优势和应用方式。
Step 5：小结与拓展（5分钟）1. 复习三相交变电流的概念、特点、产生和传输原理。
2. 拓展相关知识，如三相电流的计算方法和三相电源的平衡条件。
Step 6：课堂练习与讨论（15分钟）1. 设计一道综合题，考察学生对三相交变电流的理解和应用能力。
2. 学生分组讨论并展示答案，教师进行点评和引导。
Step 7：课堂实验（20分钟）1. 设计一个简单的三相交变电流实验，学生分组进行操作。
2. 学生记录实验结果并分析实验现象，讨论实验过程中的问题和解决方法。
Step 8：课堂总结与思考（5分钟）1. 总结本节课学习的重点和难点。
高二物理 交变电流的有效值和平均值
高二物理 交变电流的有效值和平均值交变电流的有效值(交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做这一交流的有效值)是一个非常明确的概念，它是根据电流的热效应来定义的，由于2P I R =，所以电流的热功率是一个与电流的二次方成正比的物理量，电流有效值的二次方是交变电流瞬时值的二次方在时间上的平均值．而电流的平均值在教材中并没有明确的提出来，但是在电磁感应这一章的第二节出现了E t φ∆=∆，很显然从本质上就是一个平均电动势．而与之对应的电流E I R R t φ==∆就应该是一个平均电流，也就是电流的平均值，它是电流瞬时值在时间上的平均．很显然平方的平均和平均的平方是完全不同的两个概念，因而电流的有效值和电流的平均值是截然不同的两个概念．电流的平均值主要用来解决某段时间内通过导体截面电量的问题，而电流的有效值主要用来解决电流的热效应或做功的问题，下面结合一两个例子来说明以下．例１ 如图所示，封闭正方形线圈与匀强磁场垂直，现将线圈匀速拉出磁场，第一次用速度v 拉出，第二次用速度２v 拉出，求两次通过导线截面的电量之比．解：设磁场的磁感应强度为B ，正方形线圈的边长为L ，因为E t φ∆=∆①L t v =②2B S Bl φ∆=∆= ③ EI R = ④ q I t =∆ ⑤联立这几个方程可得：2Bl q It t tR R R ϕϕ∆∆==∆==∆，∴ 通过线圈截面的电荷量q 与线圈的速度v 无关，∴ 12:1:1q q =.例２ 如图所示，金属杆AB 长为２l ，有一匀强磁场垂直导轨平面，其磁感应强度Ｂ变化如图，两光滑金属导轨之间的距离为ｌ，杆以Ｂ点为轴在导轨平面内做角速度为ω的匀速转动，求杆在转过四分之一圆周的过程中通过电流计的电量．解：有电流流过的过程为从图示位置到虚线位置的过程， ∴ 13θπ= 3t θπωω∆==又∵22222B S k t l ϕ⎛⎫==∆+ ⎪ ⎪⎝⎭ 1110B S ϕ==∴2222k t l k l I tR R ⎛⎫⎛⎫∆+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==∆∴22223k l k l q I t t R R πω⎛⎫⎛⎫+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=∆=∆=例３ 如图所示虚线框中是有理想边界的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，边长为l 的正方形线圈以角速度ω绕对称轴（磁场边界）由图示位置转过90°，设线圈总电阻为R ，求此过程中线圈中产生的热量． A GB A 1t/s分析：题目的要求很明确，应用2Q I Rt=就能解决问题，关键是如何解决电流的问题．方法一：EIR=①Etϕ∆=∆②22122BlB lϕ∆==③2t θπωω∆==④2Q I Rt =⑤联立以上几个式子可的：242B l QRωπ=方法二：2max2BlI BSωω==①I=②2Q I Rt=③2t θπωω∆==④联立以上四式可得：2416B l QRπω=两种方法出现了两个结果，那个有问题呢？方法一利用的是平均电流，而方法二利用的是交变电流的有效值．很显然产热问题不能用平均值来解决，那么在线圈转动的过程中线圈中产生的电流是不是交变电流呢？有效值能否采用正弦交流电的有效值的求法来解决呢？这就要分析题目所给的情况，题目中的线圈在转动过程中产生的恰好是正弦交变电流，所以方法二的解题思路和结果是正确的．由以上的例题也能看出电流的有效值和平均值的区别，分清了两个概念的内涵就能准确解决这类问题，希望能对同学们有所帮助．。
人教版高二物理选择性必修第二册：交流电的描述
B．200V, 0.02s D．200V, 0.08s
人 教 版 高 二 物理选 择性必 修第二 册：交 流电的 描述
人 教 版 高 二 物理选 择性必 修第二 册：交 流电的 描述
二、描述交流电的物理量——有效值
问题1：如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的 电阻。它是恒定电流。怎样计算通过1 S内电 阻R中产生的热量?
(1)线圈从图示位置转过T／4的过程中产生的
热量Q．
Q B 2a 4
4R
(2)线圈从图示位置转过T／4的
过程中通过线圈某截面的电
量q． q It 2Ba2 Ba2 R 2 R
人 教 版 高 二 物理选 择性必 修第二 册：交 流电的 描述
三、相位及相位差
u1 Emsin t u2 Em sin( t 1) u3 Em sin( t 2 )
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
220V
例4.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
2 2
RT
42
I
1 2
(I12
I22 )
3 2
1 2
(4
人 教 版 高 二 物理选 择性（1）概念的引入：为了反映交变电流所产生的效果， 引入有效值的概念．
（2）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻， 如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的 数值叫做这一交变电流的有效值
i
I
u~
R
u
R
Q1
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高二物理交变电流专题【本讲教育信息】一. 教学内容交变电流的产生和变化规律表征交变电流的物理量电感和电容对交变电流的影响变压器电能的输送二. 重点、难点1、掌握描述交变流电的物理量、图像及变化规律。
重点理解有效值的概念。
2、理解为什么电感对交变电流有阻碍作用．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关．3、理解交变电流能通过电容器，理解为什么电容器对交变电流有阻碍作用．知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关．4、知道变压器的构造，知道互感现象是变压器的工作基础．知道什么是理想变压器，掌握理想变压器的原、副线圈的电压与匝数的关系，并能应用它分析解决问题．5、掌握理想变压器中电流与匝数、功率的关系，并能应用它分析解决问题．知道常见的几种变压器．三．知识点精析（一）交变电流基本概念1、交变电流的产生和变化规律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）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图b）位置相反。
（5）再转过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：垂直于磁场的平面叫中性面。
线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，此位置线圈中的感应电动势为零，且每经过中性面一次感应电流的方向改变一次。
线圈每转一周，两次经过中性面，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2/L v ω=，转过的角度为t ωθ=，此时ab 边线速度v 与磁感线的夹角也等于t ω，此时ab 边中的感应电动势为ab e 同理，cd 边切割磁感线的感应电动势为cd e ：t Bl t Bl BLv e ab ωωωωsin 21sin 212=== t Bl t Bl BLv e cd ωωωωsin 21sin 212===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t BS t Bl e ωωωωsin sin 2==当线圈平面跟磁感线平行时，即2πω=t ，这时感应电动势最大值ωBS E m =t BS t Bl e ωωωωsin sin 2==感应电动势的瞬时表达式为t E e m ωsin =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：t RE R e i m ωsin == 感应电流瞬时值表达式t I i m ωsin =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），4T 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t m ωφφcos =和t E e m ωsin =。
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。
（二）交变电流基本概念1. 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m U 、m I 、m E 。
ωnsB E m =，R E I m m /=。
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 ，ωNBS E m =，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。
（3）有效值：物理意义：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：2m E E = 2m I I = 2m U U =。
注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有2m E E =，2,2m m I I U 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m 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）瞬时值、峰值（最大值）、有效值、平均值在应用上的区别瞬时值指交流电某一时刻的值。
常用来计算线圈某时刻的受力情况。
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tn E ΔΔφ=确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。
如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为πωnBs T Bs n E 222=⋅=，而一周期内的平均电动势却为零。
在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。
在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。
在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值。
2.表征交变电流变化快慢的物理量：① 周期T ：电流完成一次周期性变化所用的时间。
单位：s 。
② 频率f ：一秒内完成周期性变化的次数。
单位：Z H 。
③ 角频率ω：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。
单位：s rad 。
④ 角速度、频率、周期的关系：Tf ππω22==。
【例1】 如图所示，交流发电机的矩形线圈abcd 中，ab=cd=50cm ，bc=ad=30cm ，匝数n=100，线圈电阻Ω2.0=r ，外电阻Ω8.4=R 。
线圈在磁感强度B=0.05T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴O O '匀速转动，角速度s rad /100πω=。
（1）求产生感应电动势的最大值；（2）若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式；（3）交流电压表和交流电流表的示数各为多少？（4）此发电机的功率为多少？（5）从图示位置起，转过90°过程中，平均电动势多大？通过线框截面电量多大？（6）从图示位置起，转过90°过程中，外力做功多少？线框上产生的焦尔热为多少？分析：本题涉及到交流电的最大值，瞬时值和有效值及平均值，解题时要注意不要混淆概念，要选择好相应的公式。
电表上的示数应是外电路的电压和电流的有效值，功率及功、能的计算也要用有效值。
解：（1）设ab=l 1，bc=l 2，则交流电动势的最大值为E n B l l V m ==122355ω.（2）根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值I E R rA m m =+=471. 在图示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为t I i m ωcos =，代入数值得i tA =471100.cos π（3）电流的有效值为A I I m 3.3322== 路端电压的有效值为U=IR=160V 。
这样，电压表的示数为160V ，电流表的示数为33.3A 。
（4）电动势的有效值为V E E m 16722== 则发电机的功率为P=IE=5561W 。
（）平均电动势502215012E n t n BS n Bl l V ==-==∆∆ϕπωπω/ 通过线框截面电量q I t E R r t n t R r t n R r n Bl l R rC =⋅=+=⋅+=+=+=∆∆∆ϕϕ11512 （6）外力通过克服安培力做功，将其它形式能转化为电能。
∴===⎛⎝ ⎫⎭⎪=W E I E t IE J 电πω2278/.线框上产生焦尔热Q I rt I r J ==⎛⎝ ⎫⎭⎪=222111πω/. 【例2】 如图所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕AB 轴转动，已知匀强磁场的磁感强度T B π25=，线框的CD 边长为20cm 、CE 、DF 长均为10cm ，转速为50r/s ，若从图示位置开始计时（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式。
（2）若线框电阻r=3Ω,再将AB 两端接“6V ，12W ”灯泡，小灯泡能否正常发光？若不能，小灯泡实际功率多大？解析：（1）注意到图示位置磁感线与线圈平面平行，瞬时值表达式应为余弦函数，先求出最大值和角频率。
s rad n /1002ππω==)(2101001.02.025V BS E m =⨯⨯⨯==ππω 所以电动势瞬时表达式应为)(100cos 210V t e π=。
（2）小灯泡是纯电阻电路，其电阻为Ω312622===额额p u R 首先求出交流电动势有效值)(102V E E m==此后即可看成恒定电流电路，如图所示，显然由于r R =,5V 2E ==灯U ，小于额定电压，不能正常发光。