高中物理之交变电流知识点

高中物理之交变电流知识点

交变电流

发电机产生的电动势是随时间做周期性变化的，因而用电器中的电流，电压也做周期性变化，这样的电流就做交流电流，简称交流（AC）。

方向不随时间变化的电流称为直流。（DC）

交变电流的产生

1、实验装置：如图所示，当磁场中的线圈转动时，流过电流表的电流方向就会发生改变，产生交变电流。

定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流。

过程分析

如图所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO＇转动时的截面图，ab和cd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）。

具体分析可从下图中看出，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a 端流入；

图③同图①；

图④中电流从a端流出，这说明电流方向发生了改变。

线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻（或者说磁通量最大的时刻）。由于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一周的过程中改变两次，我们把线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面。

线圈转至中性面时，虽然磁通量最大，但磁通量的变化率却最小等于零（导体不切割磁感线）。

线圈垂直中性面时，虽然磁通量等于零，但是磁通量的变化率却最大。

中性面

（1）中性面：指与磁感线垂直的平面。

（2）特点

①当线圈处于中性面时，磁通量最大，磁通量变化率为零，ε=0，各边均不切割磁感线。

②当线圈转至中性面时，电流方向发生改变。

③线圈转动一周，电流方向改变两次。

（3）当线圈垂直中性面时，=0，但磁通量变化最快，v⊥B，感应电动势最大.

交变电流的变化规律

交变电流的数学表示式

如图所示，当线圈abcd经过中性面时开始计时，ab和cd边产生的电动势均为BLvsinωt，则此时整个线圈中的电动势为

或写为

小结：由知，线圈中的交变电流按正弦函数规律变化，这种交变电流叫正弦交流电.

注意

①上式的表示形式仅限于自中性面开始计时的情况；

②交变电流的表达式与轴的位置无关。

推广

若线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧姆定律得：

可写为

R两端电压可记为：

正弦交流电的图象

正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。

正弦交流电的电动势、电流和电压可由下图表示。

正弦交流电的变化规律

线框在匀强磁场中匀速转动

1．当从中性面位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：即e=εmsinωt，i＝Imsinωt

ωt是从该位置经t时间线框转过的角度；ωt也是线速度V 与磁感应强度B的夹角；是线框面与中性面的夹角。

2、当从图位置开始计时：则：e=εmcosωt，i＝Imcosωt ωt是线框在时间t转过的角度；是线框与磁感应强度B的夹角；此时V、B间夹角为（π/2一ωt）

3．对于单匝矩形线圈来说Em=2Blv=BSω；对于n匝面积为S的线圈来Em=nBSω。对于总电阻为R的闭合电路来说Im=E/R

习题演练

1. 矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交流电，当线圈平面与磁感线方向垂直时穿过线圈的磁通量与产生的感应电动势的大小正确的是（）

A. 最大，e最大

B. 最小，e最小

C. 最小，e最大

D. 最大，e最小

2. 如图所示，矩形线圈abcd面积为S，在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕OO＇轴以角速度ω从中性面位置开始匀速转动，时间为t时，线圈中的感应电动势的大小为（）

A.

B.

C.

D.

3. 如图a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′以角速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角时（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是（）

图a 图b

习题解析

1. D

2. C

2. D