高中物理选修3-2交流电的产生及变化规律知识点

高中物理选修3-2知识点

交流电的产生及变化规律

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 ωt (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；ωt 是线框面与中性面的夹角)

2．当从图12—1位置开始计时： 则：e=εm cos ωt ， i ＝I m cos 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R E I m m = 三．几个物理量 1．中性面：如图12—2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12－3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

(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12－3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 ）．

四、最大值、平均值和有效值的应用

1、正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别。

以电动势为例：最大值用E m 表示，有效值用E 表示，瞬时值用e 表示，平均值用E 表示。它们的关系为E =E m /2，e =E m sin ωt 。

平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：t n E ∆∆Φ=。切记12

2E

E E +≠。

特别要注意：有效值和平均值是不同的两个物理量

．．．．．．．．．．．．．．．．，有效值是对能的平均结果，平均值是对时间的平均值。

在一个周期内的前半个周期内感应电动势的平均值为最大值的2/π倍，而一个周期内的平均感应电动势为零。

2、我们求交流电做功时用有效值，求通过某一电阻电量时一定要用电流的平均值交流电，在不同时间内平均感应电动势，平均电流不同．考虑电容器的耐压值时则要用最大值。

3、交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的

．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．：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。

⑴只有正弦交变电流

．．．．．．的有效值才一定是最大值的2/2倍。

⑵通常所说的交变电流的电流、电压;交流电表的读数;交流电器的额定电压、额定电流;保险丝的熔断电流等都指有效值。

(3)生活中用的市电电压为

．．．．），频率为

．．．．．310V

．．．Z．，所以其电

．．．．．

．．．．．50H ．．．．．．．．．．220V

．．．．，其最大值为

．．．．．．220

．．．2V=311V

．．．．．．（有时写为

压即时值的表达式为

．．．．．．．．．．t．V．。

．．．．．．．．．u．=311sin314

2、理想变压器的基本关系

理想变压器：磁通量全部集中在铁芯中（没有漏磁）变压器本身不损耗能量。

对于理想变压器，物理量之间的依存关系：

（1）理想变压器的输入功率等于输出功率，且输入功率受输出功率控制。

（2）当原、副线圈、一定时，输出电压由决定，与负载无关。且有。

（3）当原、副线圈、一定时，输入电流由输出电流决定，且有关系，而与所接负载的大小有关。

（4）当有若干个副线圈时，其总的约束关系为

各线圈的电压关系与初级线圈电压的关系跟线圈匝数关系不变。

各线圈中电流的关系为

（5）变压器的负载越大，是指并接在副线圈上用电器越多，即负载电阻越小。

3、远距离输电应注意的问题

（1）远距离输电要解决的关键问题是减少输电线上的电能损耗，根据，具体方法有：其一是减少输电线的电阻，用电阻率小的材料或加大导线的横截面积。实际分析表明其作用十分有限。其二是提高输电电压，减小输电电流，这是一种有效的方法。

（2）要能画出远距离输电电路，能帮助自己进行分析问题，电路如图。