交变电流(全章总结)
高中物理5.1 交变电流
积盾市安家阳光实验学校高中物理第五章交变电流3-2全章概述有一种电流，它的大小和方向都随时间发生周期性的变化，它可以利用变压器升高或者降低电压，可以驱动简单、运行可靠的感电动机，在业生产和日常生活中普遍使用，这就是交变电流。
本章内容实际上是电磁感现象研究的继续和其规律的具体用。
本章知识首先介绍交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的一些基本物理量，在此基础上介绍电感和电容对交变电流的影响、变压器工作原理及远距离输电问题。
在学习本章时既要注意本章知识具有的特点（如周期性、最大值和有效值），有要时时注意本章知识与电磁感规律的联系。
高考对本章知识的考查，既有对本章知识的单独考查，也有对本章知识与力学知识内容相联系的综合考查。
课标要求1．内容（1）知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。
例1 用示波器观察交变电流的波形，并测算其峰值和有效值。
（2）通过，了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用。
例2 用灯泡或交变电流流表观察电容器和电感器对交变电流的阻碍作用。
（3）通过，探究变压器电压与匝数的关系。
例3 观察生活中常见的变压器，了解其作用。
（4）了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时用高电压的道理。
例4 查阅资料，了解直流输电的原理，比较交流输电和直流输电的特点。
2．活动建议（1）参观当地的小型电厂，了解发电过程。
调查发电机的容量、居民用电和工业用电情况。
撰写调查报告。
（2）观察变电站和高压输电线路。
课程学习5．1 交变电流★课标要求（一）知识与技能1．使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面。
2．掌握交变电流的变化规律及表示方法。
3．理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义。
（二）过程与方法1．掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）。
2．培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力。
3．培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。
（三）情感、态度与价值观通过观察，激发学习兴趣，培养良好的学习习惯，体会运用数学知识解决物理问题的重要性★教学交变电流产生的物理过程的分析。
交变电流教案课程
交变电流教案课程第一章：交变电流的基本概念1.1 交变电流的定义与特点1.2 交流电的表示方法1.3 交流电的频率与周期1.4 交流电的相位与相位差第二章：交变电流的产生与传输2.1 交变电流的产生原理2.2 交流发电机的工作原理2.3 变压器的工作原理2.4 交流电路的传输线第三章：交变电流的电压与电流3.1 交变电流的电压3.2 交变电流的电流3.3 电压与电流的相位关系3.4 电压与电流的波形第四章：交变电流的功率与能量4.1 交变电流的功率4.2 有功功率与无功功率4.3 视在功率与功率因数4.4 交变电流的能量转换与传输第五章：交变电流的电路元件5.1 电阻元件5.2 电感元件5.3 电容元件5.4 电阻、电感、电容元件的串联与并联第六章：交变电流的测量与控制6.1 交变电流的测量方法6.2 电流表与电压表的使用6.3 功率表与电能表的使用6.4 交变电流的控制方法第七章：交变电流的电路分析方法7.1 交变电流的阻抗与导纳7.2 交变电流电路的欧姆定律7.3 交变电流电路的功率分析7.4 交变电流电路的节点与回路分析法第八章：交变电流的滤波与调制8.1 交变电流的滤波器设计8.2 低通滤波器与高通滤波器8.3 带通滤波器与带阻滤波器8.4 交变电流的调制与解调第九章：交变电流的磁路原理9.1 磁路的基本概念9.2 磁通量与磁通密度9.3 磁阻与磁路欧姆定律9.4 变压器与电动机的磁路原理第十章：交变电流的电动机与应用10.1 交变电流电动机的基本原理10.2 异步电动机与同步电动机的区别10.3 电动机的启动与制动10.4 交变电流电动机在实际应用中的选择与使用第十一章：交变电流的故障分析与保护11.1 交变电流电路的常见故障11.2 故障检测与诊断方法11.3 交变电流电路的保护装置11.4 过电流、过电压与短路保护第十二章：交变电流在电力系统中的应用12.1 电力系统的基本结构与功能12.2 交变电流在输电与配电中的应用12.3 交变电流在发电与储能中的应用12.4 交变电流在电力电子设备中的应用第十三章：交变电流在通信技术中的应用13.1 交变电流在模拟通信中的应用13.2 交变电流在数字通信中的应用13.3 交变电流调制与解调技术13.4 交变电流在无线通信与卫星通信中的应用第十四章：交变电流在工业与自动化控制中的应用14.1 交变电流在电机控制中的应用14.2 交变电流在PLC控制系统中的应用14.3 交变电流在工业传感器与检测技术中的应用14.4 交变电流在变频调速系统中的应用第十五章：交变电流的未来发展趋势15.1 交变电流技术的创新与发展15.2 交变电流在新能源领域的应用前景15.3 交变电流与智能电网的结合15.4 交变电流技术的环保与节能贡献重点和难点解析本文教案主要围绕交变电流的基本概念、产生与传输、电压与电流、功率与能量、电路元件、测量与控制、电路分析方法、滤波与调制、磁路原理、电动机与应用、故障分析与保护、电力系统中的应用、通信技术中的应用、工业与自动化控制中的应用以及未来发展趋势等方面展开讲解。
【全优课堂】2014秋高中物理 第五章 交变电流章末整合课件 新人教版选修3-2
解析： (1)感应电动势的最大值为 Em＝nBωS＝3.14 V. (2)转过 60° 时的瞬时感应电动势为 e＝Emcos 60° ＝3.14×0.5 V＝1.57 V. (3)转过 60° 角过程中产生的平均感应电动势为 3 0.5×0.1×0.1× 2 ΔΦ BSsin 60° E ＝n ＝n ＝100× V＝2.6 V. Δt 1 1 2π T × 6 6 2π (4)电压表示数为外电路电压的有效值 3.14 2 E U＝ · R＝ ×4 V＝1.78 V. R＋r 4＋1
交变电流
专题 1 交流电瞬时值、最大值、有效值、平均值的计算和应用 1．瞬时值：它反映的是不同时刻交流电的大小和方向，瞬时值 是时间的函数，正弦交流电瞬时值表达式为：e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，应当注意此式表示从中性面开始计时． 2． 最大值： 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的 交变电流的电动势，其最大值 Em＝nBSω，在考虑电容器的耐压值 时，应根据交流电的最大值．
图 5－2
现将开关 S 闭合， 则图中所有交流电表的示数以及输入功率 的变化情况是( ) A. 、 的示数不变， 的示数增大， 的示数减小，P 入 增大 B. 、 的示数不变， 、 的示数增大，P 入增大 C. 、 的示数不变， 、 的示数减小，P 入减小 D. 的示数不变， 的示数增大， 的示数减小， 的示 数增大，P 入减小
专题 2理想变压器的基本关系和动态分析问题 U1 n1 1．电压思路：变压器原、副线圈的电压之比为 ＝ ；当 U2 n2 变压器有多个副线圈时，只要绕在同一闭合铁芯上，任意两线圈 UP nP 之间总有 ＝ . UQ nQ 2．功率思路：理想变压器的输入、输出功率关系为 P 入＝P 出，即 P1＝P2；当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋„ I1 n2 3．电流思路：对只有一个副线圈的变压器有 ＝ ；当变压 I2 n1 器有多个副线圈时 n1I1＝n2I2＋n3I3＋„
交变电流一章知识整合
交变电流一章知识整合题型1 交变电流的产生和规律【例1】（2008·广东·5）小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示.此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻.下列说法正确的是（）A.交变电流的周期为0.125 sB.交变电流的频率为8 HzC.交变电流的有效值为2AD.交变电流的最大值为4 A答案C题型2 变压器与电能输送【例2】（2008·上海·20B）某小型水电站输出功率为20 kW,输电线路总电阻是6Ω. （1）若采用380 V输电,求输电线路损耗的功率.（2）若改用5 000 V高压输电,用户端利用n1∶n2=22∶1的变压器降压,求用户得到的电压.答案（1）16.6 kW （2）226.2 V题型3 电磁场和电磁波【例3】(2007·江苏·8)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家,以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化.他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点.下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是 ( )A.微波是指波长在10-3 m到10 m之间的电磁波B.微波和声波一样都只能在介质中传播C.黑体的热辐射实际上是电磁辐射D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案 ACD1.（2008·山东·20）图（a）、（b）分别表示两种电压的波形,其中图（a）所示电压按正弦规律变化.下列说法正确的是（）A.图（a）表示交流电,图（b）表示直流电B.两种电压的有效值相等C.图（a）所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100πt V1D.图（a）所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后,频率变为原来的10答案C2.（2008·宁夏·19）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θ=45°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（）答案D3.（2007·广东·6）平行板间加如图所示周期变化的电压,重力不计的带电粒子静止在平行板中央,从t=0时刻开始将其释放,运动过程无碰板情况.下图中,能定性描述粒子运动的速度图象正确的是（）答案A4.（2007·北京·17）电阻R1、R2与交流电源按照图（a）方式连接,R1=10Ω,R2=20Ω.合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图（b）所示.则（）A.通过R1的电流有效值是1.2 AB.R1两端的电压有效值是6 VC.通过R2的电流最大值是1.22AD.R2两端的电压最大值是62V答案B5.（2008·天津·17）一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压,其最大值保持不变,副线圈有可调电阻R.设原线圈的电流为I1,输入功率为P1,副线圈的电流为I2,输出功率为P2.当R增大时（）A.I1减小,P1增大B.I1减小,P1减小C.I2增大,P2减小D.I2增大,P2增大答案B6.（2008·北京·18）一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5.原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图所示.副线圈仅接入一个10Ω的电阻.则（）A.流过电阻的电流是20 AB.与电阻并联的电压表的示数是1002VC.经过1分钟电阻发出的热量是6×103JD.变压器的输入功率是1×103W 答案D7.（2008·四川·16）如图所示,一理想变压器原线圈接入一交流电源,副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻,开关S是闭合的. 和为理想电压表,读数分别为U1和U2; 、和为理想电流表,读数分别为I1、I2和I3.现断开S,U1数值不变,下列推断中正确的是（）A.U2变小、I3变小B.U2不变、I3变大C.I1变小、I2变小D.I1变大、I2变大答案BC8.（2008·海南·7）如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u=U0sinωt的交流电源,副线圈接一个R=27.5Ω的负载电阻.若U0=2202V,ω=100πrad/s,则下述结论正确的是（）A.副线圈中电压表的读数为55 VB.副线圈中输出交流电的周期为1s100πC.原线圈中电流表的读数为0.5 AD.原线圈中的输入功率为1102W 答案AC9.（2008·上海·3A）某集装箱吊车的交流电动机输入电压为380 V,则该交流电压的最大值是V.当吊车以0.1 m/s的速度匀速吊起总质量为5.7×103kg的集装箱时,测得电动机的电流为20 A,则电动机的工作效率为 .（g取10 m/s2）答案 537 75 %10.（2006·广东·14）某发电站的输出功率为104kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器升压后向80 km远处用户供电.已知输电导线的电阻率为ρ=2.4×10-8 Ω·m,导线横截面积为1.5×10-4 m2,输电线路损失的功率为输出功率的4 %,求:（1）升压变压器的输出电压.（2）输电线路上的电压损失.答案（1）8×104 V （2）3.2×103V。
1 交流电的产生及变化规律
第十四章 交变电流第一单元 交流电的产生及变化规律基础知识一．交流电大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。
其中按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。
二．正弦交流电的变化规律线框在匀强磁场中匀速转动．1．当从图12—2即中性面．．．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=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωtωt 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=εm cos ωt ， i ＝I m cos ωtωt 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E m =2Blv =BS ω； 对于n匝面积为S 的线圈来说E m =nBS ω。
对于总电阻为R的闭合电路来说I m =m E R 三．几个物理量1．中性面：如图所示的位置为中性面，对它进行以下说明：（1）此位置过线框的磁通量最多．（2）此位置磁通量的变化率为零．所以 e=εm sin ωt=0， i ＝I m sin ωt=0（3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t 2，t 4时刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的方向改变两次，频率为50Hz 的交流电每秒方向改变100次．2．交流电的最大值：εm ＝B ωS 当为N 匝时εm ＝NB ωS（1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s（注意rad 是radian 的缩写，round/s 为每秒转数，单词round 是圆，回合）．（2）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B 在同一直线上．（3）最大值对应图中的t 1、t 2时刻，每周中出现两次．3．瞬时值e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωt 代入时间即可求出．不过写瞬时值时，不要忘记写单位，如εm =2202V ，ω=100π，则e=2202sin100πtV ，不可忘记写伏，电流同样如此．4．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．（1）有效值跟最大值的关系εm =2U 有效，I m =2I 有效（2）伏特表与安培表读数为有效值．（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．5．周期与频率：交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率．单位1/秒为赫兹（Hz ）．规律方法一、关于交流电的变化规律【例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T ，边长L=10cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r ＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO /匀速转动，角速度为ω＝2πrad ／s ，外电路电阻R ＝4Ω，求：（1）转动过程中感应电动势的最大值．（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600时的即时感应电动势．（3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势．（4）交流电电表的示数．（5）转动一周外力做的功．（6）61周期内通过R 的电量为多少？ 解析：（1）感应电动势的最大值，εm ＝NB ωS ＝100×0．5×0．12×2πV=3．14V（2）转过600时的瞬时感应电动势：e ＝εm cos600=3．14×0．5 V ＝1．57 V（3）通过600角过程中产生的平均感应电动势：ε=N ΔΦ/Δt=2．6V（4）电压表示数为外电路电压的有效值： U=r R +ε·R ＝2143⋅×54=1．78 V （5）转动一周所做的功等于电流产生的热量 W ＝Q ＝（2m ε）2（R十r ）·T ＝0．99J（6）61周期内通过电阻R 的电量Q ＝I ·61T ＝R ε61T ＝()6/60sin 0r R T NBS +＝0．0866 C【例2】磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示。
(完整版)1交流电的产生及变化规律
第十四章 交变电流第一单元 交流电的产生及变化规律基础知识 一．交流电大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。
其中按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。
二．正弦交流电的变化规律线框在匀强磁场中匀速转动． 1．当从图12—2即中性面．．．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=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωtωt 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=εm cos ωt ， i ＝I m cos ωtωt 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E m =2Blv =BS ω； 对于n 匝面积为S 路来说I m =mE R的线圈来说E m =nBS ω.对于总电阻为R 的闭合电三．几个物理量1．中性面:如图所示的位置为中性面，对它进行以下说明： (1）此位置过线框的磁通量最多．(2)此位置磁通量的变化率为零．所以 e=εm sin ωt=0, i ＝I m sin ωt=0 （3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t 2,t 4时刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面,电流的方向改变两次，频率为50Hz 的交流电每秒方向改变100次． 2．交流电的最大值：εm ＝B ωS 当为N 匝时εm ＝NB ωS（1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒,nad/s(注意rad 是radian 的缩写，round/s 为每秒转数,单词round 是圆，回合)．（2)最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B 在同一直线上．（3）最大值对应图中的t 1、t 2时刻,每周中出现两次．3．瞬时值e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωt 代入时间即可求出．不过写瞬时值时，不要忘记写单位,如εm =2202V ，ω=100π，则e=2202sin100πtV ，不可忘记写伏，电流同样如此．4．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值． （1)有效值跟最大值的关系εm =2U 有效,I m =2I 有效 (2)伏特表与安培表读数为有效值．（3)用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．5．周期与频率:交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率．单位1/秒为赫兹（Hz ）． 规律方法一、关于交流电的变化规律【例1】如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0．5T ，边长L=10cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO /匀速转动，角速度为ω＝2πrad ／s,外电路电阻R ＝4Ω，求：（1)转动过程中感应电动势的最大值．（2)由图示位置（线圈平面与磁感线平行)转过600时的即时感应电动势．（3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势． (4）交流电电表的示数． （5）转动一周外力做的功． (6）61周期内通过R 的电量为多少？解析：(1）感应电动势的最大值，εm ＝NB ωS ＝100×0．5×0．12×2πV=3．14V（2）转过600时的瞬时感应电动势:e ＝εm cos600=3．14×0．5 V ＝1．57 V(3）通过600角过程中产生的平均感应电动势:ε=N ΔΦ/Δt=2．6V （4）电压表示数为外电路电压的有效值： U=rR +ε·R ＝2143⋅×54=1．78 V（5）转动一周所做的功等于电流产生的热量 W ＝Q ＝(2m ε）2（R 十r)·T ＝0．99J（6)61周期内通过电阻R 的电量Q ＝I ·61T ＝R ε61T ＝()6/60sin 0r R T NBS +＝0．0866 C 【例2】磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示。
广西专版新教材高中物理第3章交变电流1交变电流课件新人教版选择性必修第二册
生正弦式交变电流,与线圈的形状无关。
4.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
函数的初相位不同,峰值和函数形式不变。
如图甲所示,一单匝矩形线圈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
圈平面内的轴匀速转动时产生交变电流,则下列说法正确的
是(
)
A.当线圈位于中性面时,线圈中感应电流最大
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,产生的感应电流方向改变一次
D.每当线圈经过中性面时,感应电流的方向就改变一次
答案:BD
解析:线圈位于中性面时,线圈平面与磁场垂直,此时磁通量最
势、电压、电流的最大值,也叫峰值;e、u、i为电动势、电压、
电流的瞬时值。
微判断(1)线圈转一周有两次经过中性面,每转一周电流方向
改变一次。( × )
(2)当线圈中的磁通量最大时,产生的电流也最大。( × )
(3)交变电流的瞬时值表达式与开始计时的位置无关。( × )
(4)表达式为e=Emsin(ωt+ )的交变电流也是正弦式交变电流。
B 正确。t= π
示方向,选项 D 错误。
s 时,e=-10
V,e 最大, 最大,“-”号表
特别提醒
图像的分析方法
一看:看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”,并理解其物理意
义。
二变:掌握“图与图”“图与式”和“图与物”之间的变通关系。
三判:在此基础上进行正确的分析和判断。
学以致用
动(ab边向纸外,cd边向纸内)。若从图示位置开始计时,并规
2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流第1节交变电流(1)
1．判断正误：
（1）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。（ × ）
（2）当线圈中的磁通量最大时，产生的电流也最大。（ × ）
（3）当线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有电流。（ √ ）
（4）按正弦规律变化的交变电流称为正弦式交变电流。（ √ ）
（5）电子技术中所用到的交变电流全都是正弦式交变电流。（ × ）
环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑
环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是（ AC ）
A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小
三、交变电流的变化规律
=
=
=
思考：磁通量变化规律？
三、交变电流的变化规律
正弦式交变电流
=
=
=
m
三、交变电流的变化规律
交变电流的种类
正弦交流电
示波器中的
锯齿波扫描电压
（C ）
A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
5．有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以
10πrad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应
交变电流
一、交变电流
1. 直流电流（DC）
方向不随时间变化的电流称为直流。
电池供给的电流，大小和方向都不随时间变化，所以属于直流。
高中新教材物理课件选择性必修第二册第章交变电流
汇报人：XX 20XX-01-23
目 录
• 交变电流基本概念 • 电阻、电感和电容对交变电流作用 • 变压器原理及应用 • 远距离输电与高压输电技术 • 日常生活中交变电流现象解释 • 实验：测量交变电流参数和波形图绘制
01 交变电流基本概 念
交变电流定义及特点
缺点
需要建设大量的输电线路和变电站 ，投资成本高；输电线路容易受到 自然灾害等不可控因素的影响，运 行维护成本高。
高压输电技术发展历程
初期阶段
现阶段
20世纪初，高压输电技术开始得到应 用，但当时主要采用直流输电方式， 电压等级较低。
目前，特高压交流输电和直流输电技 术已经成为远距离输电的主要方式， 具有输电容量大、距离远、损耗小等 优点。
电容对交变电流作用
储存电能
电容是一种储存电能的元件，当交变电流通过电容时，它会 在极板间储存电荷并产生电场。因此，电容对交变电流的阻 碍作用与频率有关，频率越高，阻碍作用越弱。
消耗有功功率
与电感不同，电容在交变电流中会消耗有功功率，即它会真 正消耗电能并将其转化为其他形式的能量（如热能）。有功 功率的消耗会导致电网的效率下降，因此需要采取措施来减 少电容的有功功率消耗。
02 电阻、电感和电 容对交变电流作 用
电阻对交变电流作用
阻碍电流
电阻是指导体对电流的阻碍作用，在交变电流中同样存在。电阻越大，对电流 的阻碍作用越强，电流通过导体时产生的热量也越多。
不消耗电能
虽然电阻会阻碍电流并产生热量，但它不会像电感或电容那样消耗电能。在交 变电流中，电阻只是将电能转化为热能，而不会改变电流的频率或幅度。
和电器。
使用符合安全标准的电器和 电线，不乱接乱拉电线，避
物理第10章 第1讲《交变电流的产生和描述》(人教版) Word版含解析
第十章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述1．风力发电机为一种新能源产品，功率为200 W到15 kW，广泛应用于分散住户．若风力发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时，下列说法正确的是( )．A．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B．穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C．穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D．穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零解析当线圈通过中性面时，感应电动势为零，但此时穿过线圈的磁通量最大；当线圈平面转到与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量为零，但此时感应电动势最大．答案 C2．如图1所示，面积均为S的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsin ωt的图是( )．图1解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为e＝BSωsin ωt，由这一原理可判断，A图中感应电动势为e＝BSωsin ωt；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直．答案 A3．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，产生的交流电动势的最大值为E m.设t＝0时线圈平面与磁场平行，当线圈的匝数增加一倍，转速也增大一倍，其他条件不变时，交流电的电动势为( )A．e＝2E m sin 2ωt B．e＝4E m sin 2ωtC．e＝E m sin 2ωt D．e＝4E m cos 2ωt解析E m＝nBSω所以当S和ω都增大一倍时，电动势的最大值增大到原来的4倍，再考虑到，相位与ω的关系所以选项D正确．答案 D4．一小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势随时间的变化关系如图2所示．矩形线圈与阻值为10 Ω的电阻构成闭合电路，若不计线圈电阻，下列说法中正确的是( )．图2A．t1时刻通过线圈的磁通量为零B．t2时刻感应电流方向发生变化C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．交变电流的有效值为 2 A解析在t1时刻电动势为零，通过线圈的磁通量最大，A错误；t2时刻感应电动势最大，线圈与中性面垂直，电流方向不变，B错误；电动势与磁通量的变化率成正比；t3时刻电动势为零，因而通过线圈的磁通量变化率也为零，C错误；电动势的有效值是10 2 V，由全电路欧姆定律可得电流的有效值是 2 A，D正确．答案 D5．如图3所示，在匀强磁场中有一个矩形单匝线圈abcd，ab边与磁场垂直，MN边始终与金属滑环K相连，PQ边始终与金属滑环L相连．金属滑环L、电流表A、定值电阻R、金属滑环K通过导线串联．使矩形线圈以恒定角速度绕过bc、ad中点的轴旋转．下列说法中不正确的是 ( )．图3A．线圈转动的角速度越大，电流表A的示数越大B．线圈平面与磁场平行时，流经定值电阻R的电流最大C．线圈平面与磁场垂直时，流经定值电阻R的电流最大D．电流表A的示数随时间按余弦规律变化解析令矩形单匝线圈abcd的电阻为r，根据法拉第电磁感应定律和交变电流的有效值定义得，交变电流的最大值为I m ＝BS ωR ＋r ，电流表显示的是有效值I ＝BS ω2R ＋r，所以，线圈转动的角速度越大，电流表A 的示数越大，A 对，D 错；线圈平面与磁场平行时，此时产生的感应电动势最大，故流经定值电阻R 的电流最大，B 对，C 错．答案 CD6．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图5所示．此线圈与一个R ＝10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻．下列说法中正确的是( )．A ．交变电流的周期为0.125 sB ．交变电流的频率为8 HzC ．交变电流的有效值为 2 AD ．交变电流的最大值为4 A解析 由et 图象可知，交变电流的周期为0.25 s ，故频率为4 Hz ，选项A 、B 错误．根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2 A ，故有效值为 2 A ，选项C 正确，D 错误． 答案 C7．一只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象如图4甲所示，则下列说法中正确的是( )图4A ．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 ．0.02 s 时刻感应电动势达到最大D ．该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示解析 由Φ－t 图知，在t ＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e ＝0，故A 、D两项错误；由图知T ＝0.04 s ，在t ＝0.01 s 时，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，则B 项正确；在t ＝0.02 s 时，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e ＝0，则C 项错． 答案 B8．电阻R 1、R 2和交流电源按照图甲所示方式连接，R 1＝10 Ω，R 2＝20 Ω.合上开关S 后，通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图乙所示，则( )图5A．通过R1的电流的有效值是1.2 AB．R1两端的电压有效值是6 VC．通过R2的电流的有效值是1.2 2 AD．R2两端的电压有效值是6 2 V解析由题图知流过R2交流电电流的最大值I2m＝0.6 2 A，故选项C错误；由U2m＝I2m R2＝12 2 V，选项D错误；因串联电路电流处处相同，则I1m＝0.6 2 A，电流的有效值I1＝I1m2＝0.6 A，故A项错误；由U1＝I1R1＝6 V，故选项B正确．答案 B9．一台发电机的结构示意图如图6所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场．若从图示位置开始计时电动势为正值，下列图象中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是( )．图6解析由于发电机内部相对两磁极为表面呈半圆柱面形状，磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场，所以距转轴距离相等的各点磁感应强度大小相等，根据法拉第电磁感应定律可知回路中产生大小恒定的感应电动势，故选项A、B错误；当线圈转到竖直位置时，回路中感应电动势方向相反，所以选项C错误、D正确．答案 D9．如图7所示，电阻为r的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度ω匀速转动．t＝0时，线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则( )图7A ．t ＝0时，线圈中的感应电动势最大B ．1 s 内电路中的电流方向改变了ω2π次 C ．滑片P 向下滑动时，电压表的读数不变D ．线圈匀速运动的角速度ω变大时，电流表的读数也变大解析 由题意可知：线圈在t ＝0时处于中性面位置，感应电动势最小为0，A 错；1 s 内线圈转过ω2π圈，每一圈电流方向改变两次，所以电流方向改变次数为ωπ，B 错；电压表测量的是路端电压，P 向下滑时，外电阻R 阻值增加，电压表示数增大，C 错；线圈转动速度ω增大时，由E ＝22BS ω得，感应电动势有效值增加，电流有效值也增加，即电流表示数增加，D 对．答案 D11．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压u ＝311sin 314t V 的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ，则下列说法中正确的是( )．A ．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB ．电饭煲消耗的电功率为1 555 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC ．1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 JD ．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析 电饭煲可看做纯电阻用电器，其电阻为R ＝U I ＝2205.0Ω＝44 Ω，洗衣机是非纯电阻用电器，电动机线圈的电阻R ≠2200.5Ω＝440 Ω，A 错误；电饭煲消耗的电功率为P ＝UI ＝220×5.0 W＝1 100 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为P ′＝UI ′＝220×0.5 W＝110 W ，B 错；1 min 内电饭煲消耗的电能为W ＝Pt ＝1 100×1×60 J＝6.6×104 J ，洗衣机电动机消耗的电能为W ′＝P ′t ＝110×1×60 J＝6.6×103 J ，C 正确；洗衣机是非纯电阻用电器，其电动机发热功率无法计算，D 错误．答案 C12．图1是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B 的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO ′转动，由线圈引出的导线ae 和df 分别与两个跟线圈一起绕OO ′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R 形成闭合电路．图2是线圈的主视图，导线ab 和cd 分别用它们的横截面来表示．已知ab 长度为L 1，bc 长度为L 2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)图8(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t 时刻整个线圈中的感应电动势e 1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图3所示，试写出t 时刻整个线圈中的感应电动势e 2的表达式；(3)若线圈电阻为r ，求线圈每转动一周电阻R 上产生的焦耳热．(其它电阻均不计) 解析：(1)矩形线圈abcd 转动过程中，只有ab 和cd 切割磁感线，设ab 和cd 的转动速度为v ，则v ＝ω·L 22① 在t 时刻，导线ab 和cd 因切割磁感线而产生的感应电动势均为E 1＝BL 1v y ②由图可知v y ＝v sin ωt ③则整个线圈的感应电动势为e 1＝2E 1＝BL 1L 2ωsin ωt ④(2)当线圈由图3位置开始运动时，在t 时刻整个线圈的感应电动势为e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)⑤(3)由闭合电路欧姆定律可知I ＝E R ＋r⑥ E ＝E m2＝BL 1L 2ω2⑦则线圈转动一周在R 上产生的焦耳热为Q R ＝I 2RT ⑧其中T ＝2πω⑨ 于是Q R ＝πR ω⎝ ⎛⎭⎪⎫BL 1L 2R ＋r 2⑩ 答案：(1)e 1＝2E 1＝BL 1L 2ωsin ωt(2)e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)(3)πR ω⎝⎛⎭⎪⎫BL 1L 2R ＋r 2。
《常考题》初中高中物理选修二第三章《交变电流》知识点总结(含答案解析)
一、选择题1．如图所示，用交流发电机和理想变压器构成一供电电路。
下列说法正确的是（）A．仅将滑片向下移动，则电压表读数变大B．仅将发电机的线圈转速增大，则电压表读数增大C．仅将滑片向下移动，则发电机输出功率减小D．仅将发电机的线圈转速增大，则通过L1的交流电频率不变2．远距离输电的原理图如图所示，T1、T2为理想变压器，其原、副线圈匝数比分别为1：10和10：1，输电线路的总电阻R=10Ω，A、B均是额定电压为220V额定功率为1100W的电热器。
开关S断开时，用电器A正常工作，则下列说法正确的是（）A．开关S断开时，输电线的热功率为2.5WB．变压器T1的输入电压为225VC．闭合开关S，输电线损失的电压不变D．闭合开关S，用电器A、B均正常工作3．一交变电压随时间变化的图像如图所示已知横轴下方为正弦曲线的一半，则该交变电压的有效值为（）A．10V B．10C．10V D．2V4．据美国气候预测中心发布的数据表明：2020年拉尼娜现象已经形成，2020年冬天或出现极寒天气。
假如出现低温雨雪冰冻天气，我国北方的高压输电线路也会因结冰而损毁。
为消除200k V高压输电线上的冰凌，有人设计了利用电流热效应除冰的方法，当输送功率和输电线电阻一定时，线上损耗的热功率增大为原来的16倍，输电电压应变为（ ） A ．800kV B ．400kV C ．100kV D ．50kV5．如图所示，电阻均匀的正方形导线框ad 边的中点和bc 边的中点连线'OO 恰好位于某磁场右边界上，磁场方向与线框平面垂直，已知该磁场的磁感应强度的变化2002sin100π(T/s)B t t∆=∆ ，线框的边长L =20cm 。
则线框c 、d 两点间的电压有效值为（ ）A ．1VB ．2VC ．2VD ．22V6．如图甲所示，手摇发电机在磁感应强度为B 的匀强磁场中匀速转动，外接一电阻R 和一个理想交流电流表。
已知线圈的匝数为n ，角速度为ω，面积为S ，总电阻为r 。
(江苏专版)高考物理一轮复习 第十章 第1节 交变电流的产生及描述讲义(含解析)-人教版高三全册物理
交变电流的产生与描述(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流。
(×)(2)线圈在磁场中转动的过程中穿过线圈的磁通量最大时，产生的感应电动势也最大。
(×)(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变。
(√)(4)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。
(√) (5)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值。
(×) (6)交变电流的峰值总是有效值的2倍。
(×)突破点(一) 交变电流的产生和描述1．正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)两个特殊位置的特点：①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。
②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。
(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。
(4)交变电动势的最大值E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。
2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)函数表达式 图像磁通量 Φ＝Φm cos ωt ＝BS cos ωt电动势e ＝E m sin ωt ＝nBSωsinωt电流i ＝I m sin ωt ＝E mR ＋rsin ωt电压u ＝U m sin ωt ＝RE mR ＋rsin ωt[题点全练]1.[多项选择](2018·海南高考)如图，在磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，有一面积为S 的矩形单匝闭合导线abcd ，ab 边与磁场方向垂直，线框的电阻为R 。
使线框以恒定角速度ω绕过ad 、bc 中点的轴旋转。
如下说法正确的答案是( )A ．线框abcd 中感应电动势的最大值是BSωB ．线框abcd 中感应电动势的有效值是BSωC ．线框平面与磁场方向平行时，流经线框的电流最大D ．线框平面与磁场方向垂直时，流经线框的电流最大解析：选AC 一个单匝线圈在匀强磁场中旋转，当从中性面开始计时，产生的正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式为：e ＝E m sin ωt ，感应电动势的最大值E m ＝BSω，有效值E ＝E m2，故A 正确，B 错误；当θ＝90°时，即线框平面与磁场方向平行时，电流最大，故C 正确，D 错误。
第三章 交变电流 综合复习讲义 高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册
交变电流综合复习一、正弦式交变电流（1）瞬时值：e =NBSωsin ωt (中性面开始计时) e =NBSωcos ωt (中性面的垂直面开始计时)（2）峰值：E m =NBSω，峰值与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，但转轴必须垂直于磁场（3）周期：T=2πω 频率：f =1T（4）中性面和垂直面的比较1. 线圈处于中性面位置时，穿过线圈的Φ最大，但线圈中的电流为零．2. 线圈每次经过中性面时，线圈中感应电流方向都要改变．线圈转动一周，感应电流方向改变两次．【例1】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OO ′轴以10π rad/s 的角速度匀速转动，如图所示，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峰值、电流的峰值分别是多少． (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．【例2】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图中信息可以判断( )A ．在A 和C 时刻线圈处于中性面位置B ．在B 和D 时刻穿过线圈的磁通量为零C ．从A ～D 线圈转过的角度为2πD ．若从O ～D 历时0.02 s ，则在1 s 内交变电流的方向改变100次【例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ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ=45°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（ ）【变式1】1.（多选）如图所示，矩形线圈abcd 放在匀强磁场中，ad ＝bc ＝l 1，ab ＝cd ＝l2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则( ) A ．以OO ′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin ωt B ．以O 1O 1′为转轴时，感应电动势e ＝Bl 1l 2ωsin ωt C ．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 2ωsin (ωt ＋π2)2. (多选)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。
第十三章第一节 交变电流的产生和描述 电感和电容对交变电流的影响
1×0.1×0.4πV＝0.04πV
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
12 角速度：ω＝2πn＝2π× 60 0.4π rad/s
初相：Φ0＝0 则感应电动势瞬时值表达式为 e ＝ Emsin(ωt ＋
rad/s＝
Φ0)
＝
0.04πsin0.4πt(V) 由此可知选项C是正确的．
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
边长为L的正方形线圈abcd共N匝，
线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中
绕垂直于磁感线的轴OO′以如图13 －1－6所示的角速度ω匀速转动，外 电路电阻为R.
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
图13－1－6
(1)在图中标出此刻线圈感应电流的方向．
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
(2)线圈转动过程中感应电动势的最大 值有多大？ (3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的 感应电动势为多大？ (4)设发电机由柴油机带动，其他能量 损失不计，线圈转一周，柴油机做多 少功？
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
即时应用 1．如图13－1－3所示，单匝矩形线 圈在匀强磁场中匀速 转动，其转动轴线 OO′与磁感线垂直． 图13－1－3
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
已知匀强磁场的磁感应强度B＝1 T，
线圈所围面积S＝0.1 m2，转速12
r/min.若从中性面开始计时，则线圈
作用 特点 通交流、 阻交流 通直流、_______、 隔直流 _________，通高 阻高频 通低频、________ 阻低频 频、_________
第十三章
交变电流 电磁场 电磁波
要点透析直击高考
一、正弦式电流的变化规律 1．正弦式电流的变化规律(线圈在中 性面位置开始计时) 规律 物理量 磁通量 函 数 图 象
2022年高考物理总复习第一部分常考考点复习第十二章第1讲交变电流的产生和描述
第十二章交变电流、电磁振荡与电磁波、传感器第1讲交变电流的产生和描述【课程标准】通过实验，认识交变电流。
能用公式和图像描述正弦交变电流，并能测算交变电流的峰值和有效值【素养目标】物理观念：知道交变电流的产生过程，能正确书写交变电流的函数表达式，理解掌握交变电流图像的意义科学思维：掌握交变电流有效值的计算方法，会区别交变电流的“四值”，明确其在具体情况中的应用技巧一、交变电流、交变电流的图像1．交变电流(AC)：电流、电压大小和方向都随时间做周期性变化。
正弦式电流是最简单、最基本的交变电流，如图所示。
2．正弦交流电的产生及图像：(1)产生如图所示，在匀强磁场里，线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动。
(2)中性面(3)图像公式(从中性面位置开始计时)图像感应电动势e＝Emsinωt电压u＝U m sinωt电流i＝I m sinωt注意：电动势的峰值(最大值)E m＝NBSω，由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S(S为有效面积)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。
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I m＝EmR＋r，U m＝EmR＋rR。
命题·生活情境如图所示，几位同学在北京某学校的操场上做“摇绳发电”实验，其中两位同学分别站在地面上的东西方向，像跳绳一样手摇导线。
(1)摇绳发电，产生的电流是直流电还是交流电？提示：交流电。
(2)当导线从上向下运动时，通过灵敏电流计的电流方向是“A→B”还是“B→A”？提示：B→A。
二、描述交变电流的物理量1．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，用T表示，单位是秒(s)。
(2)频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。
用f表示，单位是赫兹(Hz)。
(3)ω、T、f的关系：ω＝2πT＝2πf，T＝1f或f＝1T。
注意：我国民用交变电流的周期T＝0.02 s，频率f＝50 Hz，ω＝100π rad/s，电流方向每秒钟改变100次。
高中物理选修1-1第三章3.3交变电流讲解
课堂练习
1．下列表示交变电流的有（CE ） 表示正弦交变电流的有（ E ）
i
u
i
0
t0
t0
t
(A)
(B)
(C)
i
e
0
t0
t
(D)
(E)
2．我国生产和生活用交流电的周期T ＝_0_._0_2_s，频率f= __5_0___Hz，角速度ω＝ _1_0_0_π____rad/s，在1s内电流的方向变化 _1_0_0____次。
2．答：照明、动力电路的电压有效值分别 为220V、380V；峰值分别为
220 2V 311V 380 2V 538V
3．答：220V，311V。
4．答：当电阻丝中同故宫50Hz的交流电时， 尽管铜焊头与电阻丝是绝缘的，但由于电磁感 应现象在铜焊头中可以感应出50Hz感应电流。 再通过收录机中放大装置的放大，就会产生很 强的交流声。
3．交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
1．电容器主要应用： 隔直流，通交流。
【解析】电容器的充电和放电表现为交流 通过了电容器。金属中的电流时由于负电荷的 定向移动形成的，它等效于正电荷向相反方向 的移动。上图用到了这样的等效画法。
知识回顾
一、感应电动势 1．感应电动势： 电磁感应现象中产生的电动势 2．实验表明： 感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。 3．磁通量的变化率： 设时刻t1的磁通量是Φ1，时刻t2的磁通量变 为Φ2，则： 磁通量的变化量： △Φ ＝Φ2－Φ1 磁通量的变化率： △Φ/t=(Φ2－Φ1)/(t2－t1)
高中物理 第5章 交变电流 第3节 电感和电容对交变电流的影响教案 新人教版选修3
第3节电感和电容对交变电流的影响要点一感抗的作用要点二1．电感对交变电流的阻碍作用交变电流通过线圈时，由于电流时刻在变化，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化，就形成了对交变电流的阻碍作用．2．交变电流能够“通过”电容器当电容器接到交流电源上时，由于电流时刻在变化，电压升高时，形成充电电流．电压降低时，形成放电电流，充放电交替进行．电路中就好像交变电流“通过”了电容器，实际上自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质．3．电容对交变电流的阻碍作用电源电压推动自由电荷定向运动．而电容器两极板上积累的电荷反抗自由电荷的定向运动．从而产生了电容器对交变电流的阻碍作用．4．当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流，充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流．5．电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗．二、电容器、电感器有何应用？1．电容器对交变电流作用的应用(1)隔直电容器，如图5－3－4甲所示，作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器．交流电能“通过”电容器，起这样作用的电容器电容更大些．图5－3－4(2)高频旁路电容器，如图5－3－4乙所示，作用是“通高频，阻低频”．因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小，起这样作用的电容器电容要小些．2．电感和电容的组合应用根据电感、电容对交变电流阻碍作用的特点，可以将二者结合并与电阻组合到一起来完成一定的任务．(1)如果将电容与负载并联，然后与电感串联，就能更好的起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用，如图5－3－5甲所示．(2)如果将电感与负载并联，然后与电容串联，就能更好的起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用．如图5－3－5乙所示．图5－3－5一、电感对交变电流的影响【例1】交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则( )A．I′>I B．I′<IC．I′＝I D．无法比较解析长直导线的自感系数很小，感抗可忽略不计，其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻，流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用．当导线绕成线圈后，电阻值未变，但自感系数增大，对交变电流不但有电阻，而且有感抗，阻碍作用增大，电流减小．答案B二、交变电流“通过”电容器【例2】对交流电通过电容器的理解正确的是( )A．交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B．交变电流定向移动的电荷通过电容器两板间的绝缘介质C．交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器D．交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)解析电流能“通过”电容器，并非电荷真的通过电容器两板间的电介质，而是交变电流交替对电容器充放电，电容器中并未有电荷通过，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器．答案CD1.如图5－3－6所示，图5－3－6输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中，正确的是(L的直流电阻不为零)( )A．直流成分只能从L通过B．交流成分只能从R通过C．通过R的既有直流成分又有交流成分D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大答案CD解析由于线圈直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B错，C正确．由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，A错，因为导线的一般直流电阻都很小，所以通过线圈的直流要比通过R的要大，D正确．2．如图5－3－7所示电路中，图5－3－7U为220 V交流电源，C为电容器，R是电阻，这一交流电路电压有效值关系是U2＝U2R＋U2C.关于交流电压表的示数，下列说法正确的是( )A．等于220 V B．大于220 VC．小于220 V D．等于零答案C3．如图5－3－8所示，交流电源的电压为220 V，频率f＝50 Hz，三只灯L1、L2、L3的亮度相同，线圈L无直流电阻，图5－3－8若将交流电源的频率变为f＝100 Hz，则( )A．L1灯比原来亮B．L2灯比原来亮C．L3灯和原来一样亮D．L3灯比原来亮答案AC解析电容器的容抗与交流电的频率有关，频率高、容抗小，即对高频交流电的阻碍作用小，所以A项正确．线圈对交流电的阻碍作用随频率升高而增大，所以B项错．电阻R中电流只与交流电有效值及R值有关，所以C项正确，D项错.题型一电容对交变电流的影响如图1所示，某输电线路横穿公路时，要在地下埋线通过．为了保护输电线不至于被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．电线穿管的方案有两种，甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过，乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过，如果输电导线输送的电流很强大，那么，以下说法正确的是( )图1A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流．甲、乙两方案都是可行的B．若输送的电流是恒定电流，甲、乙两方案都是可行的C．若输送的电流是交变电流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的D．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的思维步步高恒定电流和交变电流的区别是什么？钢管与电流间形成什么电器元件？怎样才能消除影响？答案BC解析恒定电流对于一根还是两根钢管毫无影响，但交变电流通过的导线和钢管之间形成电容器，对交变电流有阻碍作用，而两根线从一根钢管中穿过，并且任一时刻电流的方向都等大反向，产生的影响抵消．拓展探究某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图2所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件)．为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图中a、b、c所示，则如下判断中正确的是( )图2A．AB间是电容器B．BC间是电感线圈C．CD间是电容器 D．CD间是定值电阻答案ABD解析电容器的特性是：闭合开关后，瞬间充电结束后，电路中不再有电流，a对应的AB应是电容器，A对；电感线圈对变化的电流有阻碍作用，对恒定电流无阻碍作用，BC间为电感线圈，B正确；定值电阻的特性是加恒定电压，瞬间即产生恒定的电流，D正确．题型二电容、电感在电路中的综合应用如图3所示，从AO输入的信号中，有直流电和交流电两种成分．图3(1)现在要求信号到达BO两端只有交流电，没有直流电，需要在AB端接一个什么元件？该元件的作用是什么？(2)若要求信号到达BO端只有直流电而没有交流电，则应在AB端接入一个什么元件？该元件的作用是什么？答案根据电容和电感对直流电和交流电的作用原理进行分析．(1)因为BO端不需要直流电，只需要交流电．故根据电容C有“通交流，隔直流”作用，应在AB端接入一个电容器C，该电容器对直流电有阻碍作用，能通过交流电．(2)因为BO端不需要交流电，只需要直流电．故根据电感L有“通直流，阻交流”的作用，应在AB端接入一个电感线圈，该线圈对交流电有阻碍作用，能通过直流电．拓展探究如图4所示，“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器，音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动．图为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b端输入，L1和L2是线圈，C1和C2是电容器( )图4A．甲扬声器是高音扬声器B．C2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器C．L1的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器D．L2的作用是减弱通过乙扬声器的低频电流答案BD解析这是一个实际应用问题，考查对电感、电容在高频、低频同时存在的电路中的综合作用．只要抓住基础知识点，就可进行综合分析．电路中的电感和电容作用可以简单概括为：电感——通直流，阻交流，通低频，阻高频；电容——通交流，隔直流，通高频，阻低频.1.如图5所示，L1、L2和L3是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，L3与一个定值电阻R串联．当a、b间接电压有效值为U、频率为f的正弦交流电源时，三只灯泡的亮度相同．现将a、b间接另一正弦交流电源时，发现灯泡L1变亮、L2变暗、L3亮度不变．由此可知，另一正弦交流电源可能是( )图5A．电压有效值仍为U，而频率大于fB．电压有效值大于U，而频率大于fC．电压有效值仍为U，而频率小于fD．电压有效值小于U，而频率大于f答案A解析由题述中与一个定值电阻R串联的灯泡L3亮度不变可知，所接的另一正弦交流电源的电压有效值仍为U.灯泡L1变亮，说明与L1串联的电容器C容抗变小．由影响容抗的因素可知，这是由于正弦交流电的频率增大．所以正确选项是A.2．某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，下图所示电路中可行的是( )答案D解析A图放大器得到所有成分；B图放大器可得到直流成分，若为高频扼流圈也可得到低频成分；C图既可得高频成分也可得低频成分；D图通过C1的是高、低频都有，通过C2的是旁路电容让高频成分滤去，故D正确．3.图6如图6所示交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为P1，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2，则( ) A．P1＝P2B．P1>P2C．P1<P2 D．不能比较答案B解析开关接在直流电源上时，线圈对直流没有阻碍作用，电能全部转化为小灯泡的内能．而当双刀双掷开关接在交流电源上时，线圈对电流有阻碍作用，因此电能除转化成灯泡的内能外，还有一部分电能与磁场能往复转化，因此P1>P2，故选B.4.图7一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图7所示．一铁块插进线圈之后，该灯将( )A．变亮B．变暗C．对灯没影响D．无法判断答案B解析线圈和灯泡是串联的，因此加在串联电路两端的总电压一定是绕组上的电势差与灯泡上的电势差之和．由墙上插孔所提供的220 V电压，一部分降落在线圈上，剩余的降落在灯泡上．如果一个大电压降落在线圈上，则仅有一小部分电压降落在灯泡上．灯泡上电压变小，将使它变暗．故B正确5．如图8所示，图8白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率减小时( )A．电容器电容增加B．电容器电容减小C．电灯变暗D．电灯变亮答案C解析电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的，与外加的交变电源的频率无关，选项A和B是错误的，当交变电源的频率减小时，电容器充放电的速度减慢，电容器的容抗增大，电流减小，电灯变暗，故C对，D错．6．如图9所示，两位同学利用图示装置做实验，第一位同学使ab在导轨上匀速运动，第二位同学使ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法使小灯泡消耗电能为W1，第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较( )图9A．W1＝W2 B．W1>W2C．W1<W2 D．无法确定答案B解析匀速运动时，产生的感应电动势是稳定的，感应电流也是恒定的，因此在线圈上不会产生感抗，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能多；当ab做变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，在线圈上产生感抗，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少．故B正确．7．家庭用吊扇的电源采用220 V单相交变电流，电扇中电动机电路如图10所示，C为电容，L1、L2为定子线圈．吊扇使用了几年后，转速明显变慢，在电容C上并联了一只标有“2μF，400 V”的电容后，吊扇转速明显变快了，试说明理由．图10答案在电容C上并联一只电容后，总电容变大，容抗变小，对交变电流起阻碍作用的容抗变小，线圈L中的电流变大，电动机转速明显加快．8．在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果只需要把低频成分输送到下一级装置，只要在两极电路之间接入一个高频扼流圈就可以了．高频扼流圈是串联还是并联接入电路？图11所示的接法对吗？为什么？图11答案因为高频扼流圈自感系数较小，它有通低频、阻高频的功能，低频通过很容易，而高频很“费力”，但电阻让高频通过，所以高频就几乎不从高频扼流圈通过了．所以应串联，题中所给图接法不正确．9．使用220 V交流电源的设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘．但是，有时候用手触摸外壳时仍会感到“麻手”，用试电笔测试时氖管也会发光，为什么呢？答案与电源相连的机芯和金属外壳可以看作电容器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”，虽然这一点点“漏电”一般不会造成人身危险，但是为了确保安全，电器设备和电子仪器的金属外壳都应该接地．。
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a
b
• 5、理想变压器原线圈1400匝，副线圈700 匝并接有电阻R，当变压器工作时原线圈中 （D ） • A、电流的频率之比为2:1 • B、功率之比为2:1 • C、电流之比为：2:1 • D、电压之比为2:1
• 6、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝 数比n1﹕n2=4﹕1，当导体棒L在匀强磁场 中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电 流表A1的示数是12mA，则电流表A2的示 数为（B ） • A、3 mA A1 A2 • B、0 mA v n1 n2 R • C、48 mA B • D、与负载R的值有关
0 0.01 0.02 0.03
• 3、有一个交变电流，其电压u=311sin314tV, 则（ ） AD • A、此交变电流做打点计时器的电源时，打点 周期为0.02S • B、它可使“220V 100W”的灯泡正常发光， 也可使耐压值为220V的电容器正常工作 • C、用交流电压表测量时，读数为311V • D、使用这个交流电的用电器，每通过1C的电 荷量时，电流做功220J
Em
0 t2 t1 t3 t4
t
• 2、如图所示为一正弦交变电流通过一电子 元件时的波形图，则下列说法正确的是 （ B ） • A、这也是一种交变电流 • B、电流的变化周期是0.02S • C、电流变化的周期是0.01S • D、电流通过100欧的电阻时，1S内产生热 量200J i/A
2 t/s
交变电流复习
一、交变电流
• 1、定义: 大小 和 方向 都随时间周期性变化的电流 • 2、产生：线圈在 匀强磁场 中绕垂直于磁场 方向的轴转动。 • 特殊位置：中性面：B ┴ S，磁通量 最大 ， • 感应电动势 最小 ，电流 改变 方向。 • 最大值位置： B ∥ S，磁通量 等于0 ， • 感应电动势 最大 ，电流不改变 方向。 • 3、表达式： e= Emsinωt，（中性面开始） • e= Emcosωt ，（与中性面垂直开始） • Em= nBSω . • 4、按正弦规律变化的电流叫正弦式交变电流
• 4、在电子线路中，从某一装置输出的交变电流 常常既有高频成分又有低频成分，如图所示的电 路，a、b两端得到的交变电流既有高频，又有低 频，L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个 100PF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确 的是（ACD ） • A、L 的作用是“通低频，阻高频” • B、 C 的作用是“通低频，阻高频” • C、 C 的作用是“通高频，阻低频” • D、 通过R的电流中，低频电流所占百分比远远 大于高频电流
第8题
• 7、、远距离送电，已知升压变压器输出电 压为U，功率为P，降压变压器的输入电压 为U′，输电线的电阻为R，则线路损耗的热 功率P损可用下面哪种方法计算（ ） D • A、P损=U2/R • B、P损=U′2/R • C、（U2-U′2）/R • D、P损＝P2R/U2
• 8、如图所示，理想变压器副线圈上通过输电 线接两个相同的灯泡L1、L2，输电线的等效 电阻为R，开始时，开关S断开，当S接通时， 以下说法正确的是（BCD） • A、副线圈两端M、N间的电压减小 • B、副线圈输电线等效电阻R上的电压将增大 • C、通过灯泡L1的电流减小 • D、原线圈中的电流增大
平均值
交变电流图线与时 间轴所围成面积与 对应时间的比值
E平均=nΔφ/Δt
计算有关电荷 量时，只能用 平均值
电阻 产生的 原因 阻碍的 特点 相关 因素
定向移动的电 荷与不动离子 间的碰撞 对直流、交流 均有阻碍作用
感抗
电感对定向移动 电荷的阻碍
二、表征交变电流的物理量
• 1、周期： ； • 频率: 单位时间内周期性变化的次数 ； T=1/f • 关系： • 我国交流电的频率： 50HZ ，1S内电流 改变方向 100 次
• 2、 交变电流的“四值”
交变电流完成一次周期性变化所用的时间
物理量 瞬时值 最大值
物理含义
交变电流某一 时刻的值
• • • • • •
五、电能的输送 输电导线损失的功率：P损=I2R线=（P/U)2R线 减小电能损失的方法： （1）减小输电线路的电阻 （2）提高输送电压 当输送的电功率一定时，输电电压增大为原 来的n倍，输电线上损失的功率就减少到原来 的1/n2 • 远距离输送电能的几个基本关系：
• 1、一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈 平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e 随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是 （ ） BD • A、t1时刻通过线圈的磁通量是0 • B、 t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 • C、 t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值 最大 • D、每当电动势e变换方向时，通过线圈的磁 通量的绝对值都为最大 e
通直流、阻交流；通交流、隔直流； 通高频、阻低频 通低频、阻高频 由线圈的自感系 数和交流电的频 率共同决定 XL=2∏fL 由电容的大小和 交流电的频率共 同决定 Xc=1/(2∏fc)
由导体本身决 定
• • • • • • • • • • • •
四、变压器 1、结构及电路示意图 2、工作原理：电磁感应（互感现象） 。 3、理想变压器的特点 不计 铜损 、 铁损 、 磁漏 ； 4、理想变压器的变压、变流、功率关系 U1/U2=n1/n2 （与负载、副线圈的多少无关） P入=P出 I1/I2=n2/n1 (仅适用于只有一个副线圈的情况） 5、因果关系： 电压： 电流： I2决定I1 功率：U1决定U2 输出决定输入，功率按需分配
• 9、一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感 线的对称轴转动，形成如图所示的交变电 动势图象,试根据图象求出： • （1）线圈转动的角速度； • （2）电动势的有效值； • （3）t = 1.0×10−2 s时，线圈平面和磁场 方向的夹角。
• 10、有一台发电机通过升压和降压变压器给用户 供电，已知发电机的输出功率是20kW，端电压为 400V，升压变压器原、副线圈的匝数比为 n1﹕n2=1﹕5，两变压器之间输电导线的总电阻 R=l.0Ω，降压变压器输出电压U4＝220V，求： • （1）升压变压器的输出电压； • （2）输送电能的效率多大； • （3）降压变压器的原、副线圈的匝数比n3﹕n4； • （4）如果不用变压器，输电导线的热损耗是用变 压器时的几倍.
重要关系
e=Emsinwt i=Imsinwt Em=nBSw Im=Em/(R+r) 对正弦式交变 电流：
应用及说明
计算线圈某一时 刻的受力情况
最大的瞬时值
有效值
根据电流的热 效应定义的
注意“三同”：相 I 同电阻、相同时间、 相同热量。
1 I m 0.707 I m 2
当考虑某些电学元 件的击穿电压时， 指交变电压的最大 值 通常所说的电压、电 流值、交流电表读数、 保险丝熔断电流电流 值都指有效值；求解 电热、电功率时要使 用有效值；计算时的 相同时间指一个周期。