直流電和交流電專題

1、十三章專題1:直流電和交流電電流的不隨時間變化的電流或電壓叫做直流電。直流 電可以分為：脈動直流電和恒定電流兩種形式。脈動直流電：電流或電壓的大小隨時間發(fā)生變化，但方向不發(fā) 生變化，如圖甲、乙所示。恒定電流：電流或電壓的大小和方向都不隨時間發(fā)生變化，如 圖丙、丁。（丙）（?。ūǘ。ǘ┙涣麟婋娐分械碾娏鞔笮『头较蚨茧S時間做周期性的變化，這樣的電 流叫交變電流，簡稱交流（AC）。實際應(yīng)用中，交變電流有不同的變化規(guī)律，常見的有以下幾種， 如圖所示：家庭電辟中浦示波器中的鋸電子計算機(jī)申激光通擋中 正弦交交電流 齒波家庭電辟中浦示波器中的鋸電子計算機(jī)申激光通擋中 正弦交交電流 齒波M捕電壓 的

2、用招膘伸的貝袖沖甲乙丙:正弦交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律（一）實驗裝置如圖所示，一個線圈在勻強(qiáng)磁場中繞著垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn) 動時，就會在線圈中產(chǎn)生正弦交流電。甲乙如圖所示，一個線圈在勻強(qiáng)磁場中繞著垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn) 動時，就會在線圈中產(chǎn)生正弦交流電。甲乙而注意如下幾點：（1）線圈所在空間的磁場是勻強(qiáng)磁場;（2）線圈勻速轉(zhuǎn)動;（3）線圈的兩個端分別固定在完整的滑環(huán)L、K上，碳刷F和E各自與L、K始終相接，也就是說，每個碳刷始終和線圈的 端相接對外供電。（這是與直流發(fā)電機(jī)所不同的地方）。（二）正弦交流電方向變化的位置一一中性面（1）中性面線圈平面與磁感線的位置，如上圖中甲丙線圈所在平面即為線圈中性面

3、。（2）中性面的特點線圈的各邊都不切割磁感線，線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流產(chǎn)生。線圈每經(jīng)過一次中性面，電流的方向就改變 次，線圈每轉(zhuǎn)一周電流方向改變 次。在中性面處線圈包圍的磁通量最，但其變化率中。t（三）正弦交流電電動勢最大的位置一一與中性面垂直的位置如上圖乙、丁線圈所在位置。（1）與中性面垂直的位置的特點由于磁場與線圈平面平行，所以磁通量為，但是磁通量 的變化率卻最，因此感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最。（2）此位置線圈的AB邊和CD邊的速度方向與磁感 線。線圈遠(yuǎn)離此位置時，感應(yīng)電動勢變小。（四）正弦交流電：電動勢、電流、電壓隨時間的變化規(guī)律（1）正弦交變電流的瞬時表達(dá)式（從中性面開始計時）e=

4、,u = U sin w t i = I sin w t，其中 i、u、e分別表示電流、電壓、電動勢的瞬時值，Im、Um、Em分別表示電 流、電壓、電動勢的值。正弦交變電流的圖象對正弦交變電流的圖象的理解正弦交變電流隨時間變化情況可以從圖象上表示出來，圖象描 述的是交變電流隨時間變化的規(guī)律，它是一條正弦曲線，如圖所示:從圖象中可以解讀到以下信息:交變電流的值Im、Em、周期T。因線圈在中性面時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流均為磁通量最，所以可確定線圈位于中性面的時刻。找出線圈平行磁感線的時刻。判斷線圈中磁通量的變化情況。分析判斷i、e隨時間的變化規(guī)律。:正弦交流電瞬時值表達(dá)式的推導(dǎo)過程及求解步驟(一)交

5、變電流的瞬時值表達(dá)式的推導(dǎo)設(shè)線圈從中性面起經(jīng)時間t轉(zhuǎn)過角度0，則0 =01，此時兩邊ab、 cd速度方向與磁感線方向的夾角分別為o$和(1803t)，如圖 所示：它們產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢同向相加，整個線圈中的感應(yīng)電動勢為:e = BL v sin o t + BL v sin(180p-o t) = 2BL v sin o tabcdab因為 v = o - Lc ， 代入上式中得：e=E sin o t。對純電阻電路，設(shè)閉合電路總電阻為R，由歐姆定律得閉合回 路的電流瞬時值i = = m sin t = I sin t。R Rm此時加在電路的某一段電阻R上的電壓瞬時值：u = iR = I R

6、sin w t = U sin w t。(二)求解交變電動勢瞬時值的步驟確定線圈轉(zhuǎn)動是從哪個位置開始計時。確定表達(dá)式是正弦還是余弦。確定轉(zhuǎn)動的角速度及n、B、S等。根據(jù)EnfnBS求出峰值，寫出瞬時值的表達(dá)式，代入角 度求瞬時值。知識點四：描述交流電的物理量(一)描述交變電流大小的物理量峰值交變電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大值，峰值可以用來表示交變電流的強(qiáng)弱或電壓的高低，但用來表示交流電產(chǎn)生的 熱量或轉(zhuǎn)化為多少其它形式的能。峰值在實際中有一定的指導(dǎo)意義，所有使用交變電流的用電器，其最大耐壓值應(yīng)大于其使用的交變電壓的值，電容器上的標(biāo)稱電壓值是電容器兩極間所允許施加電壓的值。有效值使交變電流和直流

7、電通過相同阻值的電阻，如果它們在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的相等，就把這一直流電的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值。在沒有特別說明時，通常所說的交變電流、電壓、電動勢都是指一一一一值，交流電流表測量的值也是一一值，交流用電設(shè)備銘牌標(biāo)出的電壓、電流值也是指一一一一值。正弦交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系：I=_ _ J ， U= U ， E= E 。 m瞬時值交流電的瞬時值反映的是不同時刻交變電流的大小和方向，瞬 時值是時間的函數(shù)，不同時刻瞬時值不同。平均值其數(shù)值用E =計算。注意某段時間內(nèi)的交流電的平均值不等于這段時間始末時刻瞬時值的算術(shù)平均值。對有效值的說明：有效值是根據(jù)直流電和交流電的熱效應(yīng)等效定義的，

8、旨 在描寫一個變化的交流電能量轉(zhuǎn)化情況。I = 4= I , U = 1= U , E = 1= E 僅適用于交流電，對其它變化形式的交流電則不適用。I = 4= I等關(guān)系適用于正弦交流電長時間作用的效 TOC o 1-5 h z 一 一. 一， T 一果，即t河，若tWT時，只有在t = 一，t=T或者從i=0到i=Im2T 3.,的T、3T的時間內(nèi)成立。 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 44(二)描寫交流電變化快慢的物理量周期交變電流完成一次周期性變化所需的，用T表示，單位是-。頻率1 s內(nèi)交變電流完成周期性變化的，用f表示，單位是。周

9、期T、頻率f、線圈的轉(zhuǎn)速n及的關(guān)系T = ，T = 一 一 一，8=f = 2兀n (n 的單位取 r / HYPERLINK l bookmark107 o Current Document f8s):電感、電容對交變電流的影響(一)電感對交變電流的阻礙作用(1)對比實驗探究如圖，把線圈L與白熾燈串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上， 再把它們接到交流電源上。取直流電源的電壓與交流電壓的有效值 相等?？梢钥吹浇油ㄖ绷麟娫磿r，燈泡亮度大；接通交流電源時， 燈泡亮度小。這說明電感線圈對交變電流有阻礙作用。電感對交變電流的阻礙作用的大小用感抗表示，線圈的自感系 數(shù)越大，交變電流的頻率越高，阻礙作用就越

10、，感抗也就越 一。（2）電感線圈的特性及應(yīng)用 TOC o 1-5 h z 特性：通一一流阻 流。應(yīng)用：低頻扼流圈：通直流阻交流，線圈的自感系數(shù)很。高頻扼流圈：通低頻阻高頻，線圈的自感系數(shù)較。日光燈鎮(zhèn)流器：日光燈正常工作時，起一作用。（二）電容器對交流電的阻礙作用（1）對比實驗探究如圖所示，把白熾燈和電容器串聯(lián)起來，先把它們接到直流電 源上，再把它們接到交流電源上，觀察燈泡的發(fā)光情況。把電容器 從電路中取下來，使燈泡直接與交流電源相連，可以看到電路中串 有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通交流電源，燈泡亮； 把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與交流電源相連，燈泡要比 接有電容器時更亮。奇.

11、-1S VS 口這說明電容對交流電有阻礙作用，這個阻礙作用用容抗表示。（2）關(guān)于容抗：表示電容對交變電流阻礙作用的大小。大小由電容器的和交變電流的決定。電容越大，交變電流的頻率越高，容抗就越。若用X*示容抗，C表示電容器的電容，f表示交變電流的頻率，則有X =。C 2兀 fC容抗的單位是歐姆在交變電路中類似于一個電阻。（3）電容的特性和應(yīng)用特性：通.流，隔一流；通.頻，阻頻。特性：通.流，隔一流；通.頻，阻頻。應(yīng)用:放大器的級間耦合稱為耦合電容，用來傳遞經(jīng)過放大放大器的級間耦合稱為耦合電容，用來傳遞經(jīng)過放大了的交流信號。過濾脈動直流電的高頻成份，稱為濾波電容。經(jīng)典例題-自主學(xué)習(xí)認(rèn)真分析、解答下

12、列例題，嘗試總結(jié)提升各類型題目的規(guī)律和技巧，然后完成舉一反 三，以做到融會貫通。無星號題目要求同學(xué)們必須掌握，為基礎(chǔ)題型，一個星號的題目綜 合性稍強(qiáng)。更多精彩和分析請學(xué)習(xí)網(wǎng)校資源ID： #tbjx32#226551類型一：求正弦交流電的瞬時感應(yīng)電動勢例1、如圖所示，有一閉合的正方形線圈，匝數(shù)N=100，邊長為10 cm， 線圈總電阻為10Qo線圈繞OO軸在B=0. 5 T的勻強(qiáng)磁場中 勻速轉(zhuǎn)動，每分鐘轉(zhuǎn)1500轉(zhuǎn)，求線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過30 時，感應(yīng)電動勢的值是多少？思路點撥：（1）明確正弦交流電的三要素，寫出瞬時值表達(dá)式；（2） 由瞬時值表達(dá)式求某時刻的值。解析:總結(jié)升華:類型二：瞬時感應(yīng)

13、電動勢和平均感應(yīng)電動勢求法例2. 一邊長為l的正方形線圈abcd繞對稱軸00,在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn) 動，轉(zhuǎn)速為n=120 r / min, 若巳知邊長l =20 cm，匝數(shù) N=20, 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T,求：轉(zhuǎn)動中的最大電動勢及位置。從中性面開始計時的電動勢瞬時值表達(dá)式。從如圖所示位置轉(zhuǎn)過90過程中的平均電動勢。解析：總結(jié)升華：舉一反三【變式】如圖所示，勻強(qiáng)電場B=0.50T。一個匝數(shù)n=100匝的矩形 線圈，邊長ab=0. 20 m, bc=0. 10 m，圍繞著跟磁場方向垂 直的對稱軸00以角速度O5=100nrad / s勻速轉(zhuǎn)動。從 繞圈平面通過中性面時開始計時，求： t=0 各時刻

14、的瞬時電動勢；1284t由0到-過程中的平均電動勢。4解析:0類型三：對交流電圖象的理解例3. 一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場并位于線圈平面內(nèi)的 固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應(yīng)電動勢隨時間t的變化規(guī)律如圖所 示，由圖象可知（）t1和t2時刻穿過線圈的磁通量為零t1和七3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零是從線圈平面與磁場方向平行的時刻開始計時的每當(dāng)感應(yīng)電動勢e變換方向時，穿過線圈的磁通量都最大解析:舉一反三【變式】一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示。由 圖可知（）該交流電的電壓瞬時值的表達(dá)式為u=100sin（25 t）V該交流電的頻率為25 Hz該交流電的電壓的有效值為100偵2V若將該交

15、流電壓加在阻值為R=100Q的電阻兩端，則電阻消 耗的功率是50 W解析:總結(jié)升華：0類型四：非正弦交流電有效值的計算例4.如圖所示交變電流正值為某一正弦交變電流更換負(fù)值后it圖象，求該交變電流的有效值。i/A100-1。思路點撥：當(dāng)一個非正弦交流電的前半個周期和后半周期變化規(guī)律 不變或者不對稱時，應(yīng)分別計算這兩段時間內(nèi)交變電流產(chǎn)生的焦耳 熱，然后運(yùn)用有效值的概念進(jìn)行計算，即Q1+Q2=I2RT。解析：總結(jié)升華：舉一反三【變式】如圖甲所示的直流電通過圖乙中的電阻R，則交變電流表 的示數(shù)為多少？正弦曲線乙解析:類型五：交流電路中有效值和平均值的意義和運(yùn)用例5.如圖所示，矩形線圈abcd在磁感應(yīng)強(qiáng)

16、度B=2T的勻強(qiáng)磁場中 繞軸OO以角速度=10 n rad / s勻速轉(zhuǎn)動，線圈共10匝， 電阻為r=5Q, ab=0. 3 m, bc=0. 6 m，負(fù)載電阻R=45Q。求電 阻R在0. 05 s內(nèi)所發(fā)出的熱量及0. 05 s內(nèi)流過電阻R上的電 量（設(shè)線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動）。00解析:總結(jié)升華：解析:總結(jié)升華：例6、將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，邊長為Z，它在磁感 應(yīng)強(qiáng)度為B、方向如圖的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo) 線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，外電路接有額定功率 為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻 不計，燈泡的電阻應(yīng)為（）（2 沏 Bl 2）22（沏

17、 Bl 2）2（nBl 2）2A .B .C .D （nBl 2）2 .P思路點撥：首先弄清不封閉正方形線圈產(chǎn)生的電壓或電流是正弦交 流電，然后求出電動勢的最大值，明確外電路進(jìn)行計算。解析：總結(jié)升華：類型六：電阻、感抗、容抗對交流電的阻礙作用的比較例7.如圖所示，當(dāng)交流電源的電壓（有效值）U=220V，頻率f=50Hz, 3只燈L1、L2、L3的亮度相同（L無直流電阻），若將交 流電源的頻率變?yōu)閒=100 Hz，貝A. L燈比原來亮B. L2燈比原來亮C. 13燈和原來一樣亮 D. L3燈比原來亮解析:拓展：若將電源改為U=220 V的直流電源，則情況又如何?舉一反三【變式】交變電流通過一段長

18、直導(dǎo)線時，電流為I，如果把這根長直 導(dǎo)線繞成線圈，再接入原電路，通過線圈的電流為I，則A. IIB. II C. I=1 D.無法比較解析:探究園地（請參看網(wǎng)校資源ID： #tjyd0#226551）例1.如圖是一種電風(fēng)扇調(diào)速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一個日字形的鐵芯上繞了數(shù)百匝線圈，每隔數(shù)十匝就有一個抽頭，分別接在觸點25上。試說明調(diào)速器各檔轉(zhuǎn)速的高低和原理。解析:例2.有一交流電壓的變化規(guī)律為u=311sin314t V,若將一輝光電 壓是220 V的氖管接上此交流電壓，則在1 s鐘內(nèi)氖管發(fā)光的時間 是多少？解析：三、總結(jié)與測評要想學(xué)習(xí)成績好，總結(jié)測評少不了！課后復(fù)習(xí)是學(xué)習(xí)不可或缺的環(huán)節(jié)，它可以幫助

19、我們鞏固學(xué)習(xí)效果，彌補(bǔ)知識缺漏，提高學(xué)習(xí)能力。總結(jié)規(guī)律和方法一一強(qiáng)化所學(xué)認(rèn)真回顧總結(jié)本部分內(nèi)容的規(guī)律和方法，把下列內(nèi)容補(bǔ)充完整，熟練掌握技能技巧。相關(guān)內(nèi)容請學(xué)習(xí)網(wǎng)校資源ID： #tbjx23#226551 （一）正弦交流電的三要素（1）最大值：E = 2nBLv = nBS = gs，其中v表示線圈 TOC o 1-5 h z 切割磁感線的線速度，中刀表示線圈轉(zhuǎn)動過程的一 。,2 兀。（2）角速度： = = 2兀f（3）初相位：計時起點t=0時刻線圈平面與中性面所夾的角%。說明：三要素明確之后，正弦交流電的瞬時值表達(dá)式便可以順利地寫出，即e=。（二）將正弦交流電產(chǎn)生過程中線圈的位置、表示變化規(guī)

20、律的圖象上 的點、解析式的值三者對應(yīng)起來形成對正弦交流電的狀態(tài)和變化規(guī)律 的準(zhǔn)確、完整的認(rèn)識。（三）理解中性面的特殊意義（1）e= ，i= ，但蟲最.一。At（2）9 =9 a，但蕓=-。（3）是交流電方向變化的位置。（對于日常使用的正弦交流電f=Hz，方向每秒鐘改變 次）（四）對交變電流的有效值的理解（1）交變電流的有效值是根據(jù)電流的效應(yīng)（電流通過電阻生熱）進(jìn)行定義的，所以進(jìn)行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱（或熱功率）進(jìn)行計算。計算時“相同時間”一般要取一一個周期的時間。半周期對稱的可取半周期。交變電流名稱交變電流圖樣有效值（2）常見的幾種交流電的有效值交變電流名稱交變電流圖樣有效值正弦式交變電流U7,UU =正弦半波交變電流