交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律

交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律目標認知學習目標1．認識交變電流，理解正弦溝通電的觀點。2．理解正弦溝通電的產(chǎn)生過程及產(chǎn)生條件，能夠利用電磁感覺定律推導(dǎo)計算正弦溝通電的剎時價表達式

。3．從正弦溝通電產(chǎn)生過程、

變化圖象及分析式

三個方面的聯(lián)合上去理解它的變化規(guī)律。4．理解描繪溝通電的物理量：最大值、有效值、周期、頻次等的意義及相應(yīng)計算，尤其是有效值的意義和有關(guān)計算。5．能夠嫻熟地寫出正弦溝通電的剎時價表達式以及從它的變化圖象上讀出實用信息。6．認識電感電容對溝通電的影響以及溝通電、直流電作用于電感電路的不一樣之處；了解電感和電容在溝通電路中的應(yīng)用。7．能將電磁感覺的有關(guān)知識遷徙到本部分內(nèi)容中解決問題；能理解物理學等效思想的意義。學習重點1．對正弦溝通電的產(chǎn)生過程和變化規(guī)律的理解。2．理解描繪溝通電的物理量，能嫻熟地寫出正弦溝通電的剎時價表達式，嫻熟地進行最大值與有效值的計算。學習難點1．正弦溝通電產(chǎn)生過程以及對中性面特色的理解。2．有效值的意義以及應(yīng)用有效值的觀點進行能的轉(zhuǎn)變和守恒的有關(guān)計算。3．電感和電容對溝通電影響。知識重點梳理知識點一：直流電和溝通電重點解說：1．直流電電流的方向不隨時間變化的電流或電壓叫做直流電。直流電能夠分為：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（或恒定電壓）：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。2．溝通電電路中的電流大小和方向都隨時間做周期性的變化，這樣的電流叫交變電流，簡稱溝通（AC）。實質(zhì)應(yīng)用中，交變電流有不一樣的變化規(guī)律，常有的有以下幾種，以下圖。知識點二：正弦溝通電的產(chǎn)生和變化規(guī)律重點解說：1．實驗裝置以下圖，一個線圈在勻強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)生正弦溝通電。注意以下幾點：①線圈所在空間的磁場是勻強磁場；②線圈勻速轉(zhuǎn)動；③線圈的兩個端分別固定在完好的滑環(huán)L、K上，碳刷F和E各自與L、K一直相接，也就是說，每個碳刷一直和線圈的同一個端相接對外供電。（這是與直流發(fā)電機所不一樣的地方）。2．正弦溝通電方向變化的地點——中性面1）中性面線圈平面與磁感線垂直的地點，如上圖中甲、丙線圈所在平面即為線圈中性面。2）中性面的特色①線圈的各邊都不切割磁感線，線圈中無感覺電動勢和感覺電流產(chǎn)生。②線圈每經(jīng)過一次中性面，電流的方向就改變一次，線圈每轉(zhuǎn)一周電流方向改變2次。③在中性面處線圈包圍的磁通量最大，但其變化率。3．正弦溝通電電動勢最大的地點——與中性面垂直的地點如上圖乙、丁線圈所在地點。（1）與中性面垂直的地點的特色因為磁場與線圈平面平行，所以磁通量為零，可是磁通量的變化率卻最大，所以感覺電動勢最大，感覺電流最大。2）此地點線圈的AB邊和CD邊的速度方向與磁感線垂直線圈遠離此地點時，感覺電動勢變小。4．正弦溝通電：電動勢、電流、電壓隨時間的變化規(guī)律（1）正弦交變電流的剎時表達式（從中性面開始計時）此中i、u、e分別表示電流、電壓、電動勢的剎時價，Im、Um、Em分別表示電流、電壓、電動勢的最大值。2）正弦交變電流的圖象如圖：3）對正弦交變電流的圖象的理解正弦交變電流隨時間變化狀況能夠從圖象上表示出來，圖象描繪的是交變電流隨時間變化的規(guī)律，它是一條正弦曲線，以下圖：從圖象中能夠解讀到以下信息：①交變電流的最大值Im、Em、周期T。②因線圈在中性面時感覺電動勢、感覺電流均為零，磁通量最大，所以可確立線圈位于中性面的時刻。③找出線圈平行磁感線的時刻。④判斷線圈中磁通量的變化狀況。⑤剖析判斷i、e隨時間的變化規(guī)律。知識點三：正弦溝通電剎時價表達式的推導(dǎo)過程及求解步驟重點解說：1．交變電流的剎時價表達式的推導(dǎo)設(shè)線圈從中性面起經(jīng)時間t轉(zhuǎn)過角度，則=ωt，此時兩邊ab、cd速度方向與磁感線方向的夾角分別為和（180°－ωt），以下圖：它們產(chǎn)生的感覺電動勢同向相加，整個線圈中的感覺電動勢為：因為，代入上式中得：。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剎時價。此時加在電路的某一段電阻R＇上的電壓剎時價：。2．求解交變電動勢剎時價的步驟①確立線圈轉(zhuǎn)動是從哪個地點開始計時。②確立表達式是正弦仍是余弦。③確立轉(zhuǎn)動的角速度ω及N、B、S等。④求出峰值Em，寫出表達式，代入角度求剎時價。知識點四：描繪溝通電的物理量重點解說：1．描繪交變電流大小的物理量（1）峰值交變電流在一個周期內(nèi)所能達到的最大值，峰值能夠用來表示交變電流的強弱或電壓的高低，但不適于用來表示溝通電產(chǎn)生的熱量或轉(zhuǎn)變成多少其余形式的能。峰值在實質(zhì)中有必定的指導(dǎo)意義，全部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峰值，電容器上的標稱電壓值是電容器兩極間所同意施加電壓的最大值。（2）有效值使交變電流和直流電經(jīng)過同樣阻值的電阻，假如它們在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，把這向來流電的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值。①在沒有特別說明時，往常所說的交變電流、電壓、電動勢都是指有效值，溝通電流表

就丈量的值也是有效值，溝通用電設(shè)施銘牌標出的電壓、電流值也是指有效值。②正弦交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系：，，。（3）剎時價溝通電的剎時價反應(yīng)的是不一樣時刻交變電流的大小和方向，剎時價是時間的函數(shù)，不一樣時刻剎時價不一樣。（4）均勻值其數(shù)值能夠用計算。注意某段時間內(nèi)的溝通電的均勻值不等于這段時間始末時刻剎時價的算術(shù)均勻值。對有效值的說明：①有效值是依據(jù)直流電和溝通電的熱效應(yīng)等效定義的，旨在描繪一個變化的溝通電能量轉(zhuǎn)變狀況。②，，僅合用于正弦溝通電，對其余變化形式的交流電則不合用。③等關(guān)系合用于正弦溝通電長時間作用的成效，即，若t≤T時，只有在，t=T或許從i=0到i=Im的、的時間內(nèi)建立。2．描繪溝通電變化快慢的物理量（1）周期交變電流達成一次周期性變化所需的時間，用T表示，單位是秒（s）。（2）頻次1s內(nèi)交變電流達成周期性變化的次數(shù)，用f表示，單位是赫茲（Hz）。（3）周期T、頻次f、線圈的轉(zhuǎn)速n及ω的關(guān)系，，（n的單位取r/s）知識點五：電感、電容對交變電流的影響重點解說：1．電感對交變電流的阻擋作用（1）對照法實驗研究如圖，把線圈L與白熾燈串連起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到溝通電源上。取直流電源的電壓與溝通電壓的有效值相等。察看兩種狀況下燈泡的亮度。（2）實驗現(xiàn)象接通直流電源時，燈泡亮度大；接通溝通電源時，燈泡亮度小。（3）實驗結(jié)論電感線圈對交變電流有阻擋作用。電感對交變電流的阻擋作用的大小用感抗表示，線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻次越高，阻擋作用就越大，感抗也就越大。4）電感線圈的特征及應(yīng)用特征：通直流阻溝通。應(yīng)用：①低頻扼流圈：通直流阻溝通，線圈的自感系數(shù)很大。②高頻扼流圈：通低頻阻高頻，線圈的自感系數(shù)較小。③日光燈鎮(zhèn)流器：日光燈正常工作時，起降壓限流作用。2．電容器對溝通電的阻擋作用（1）對照實驗研究以下圖，把白熾燈和電容器串連起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到溝通電源上，察看燈泡的發(fā)光狀況。把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與溝通電源相連，再察看燈泡的發(fā)光狀況。2）實驗現(xiàn)象電路中串有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通溝通電源，燈泡亮；把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與溝通電源相連，燈泡要比接有電容器時更亮。3）實驗結(jié)論電容對溝通電有阻擋作用，這個阻擋作用用容抗表示。對于容抗：①表示電容對交變電流阻擋作用的大小。②大小由電容器的電容和交變電流的頻次決定。電容越大，交變電流的頻次越高，容抗就越小。若用XC表示容抗，C表示電容器的電容，f表示交變電流的頻次，則有。（說明：對于容抗的公式，只需求作定性的解說，不要求作定量的計算）③容抗的單位是歐姆，在交變電路中近似于一個電阻。4）電容的特征和應(yīng)用特征：通溝通，隔直流；通高頻，阻低頻。應(yīng)用：①放大器的級間耦合，稱為耦合電容，用來傳達經(jīng)過放大了的溝通信號。②過濾脈動直流電的高頻成份，稱為濾波電容。規(guī)律方法指導(dǎo)1．正弦溝通電的三因素（1）最大值：，此中v表示線圈切割磁感線的線速度，表示線圈轉(zhuǎn)動過程的最大磁通量。（2）角速度：（3）初相位：計時起點t=0時刻線圈平面與中性面所夾的角。（表示線圈的初地點）說明：三因素明確以后，正弦溝通電的剎時價表達式便能夠順利地寫出，即。2．將正弦溝通電產(chǎn)生過程中線圈的地點、表示變化規(guī)律的圖象上的點、分析式的值三者對應(yīng)起來形成對正弦溝通電的狀態(tài)和變化規(guī)律的正確、完好的認識。3．理解中性面的特別意義①e=0，i=0，但最大。②。③是溝通電方向變化的地點。（對于平時使用的正弦溝通電f=50Hz，方向每秒鐘改變次）4．對交變電流的有效值的理解1）交變電流的有效值是依據(jù)電流的熱效應(yīng)（電流經(jīng)過電阻生熱）進行定義的，所以進行有效值計算時，重要扣電流經(jīng)過電阻生熱（或熱功率）進行計算。計算時“同樣時間”一般要取一個周期的時間。半周期對稱的可取半周期。2）常有的幾種溝通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正弦半波交變電流正弦單向脈動電流矩形脈動電流非對稱性交變電流在高中階段能計算有效值的非正弦溝通問題主要有以下兩類：1）各段時間內(nèi)電流的大小有各自不變的值，且有周期性。2）某段時間電流按正弦規(guī)律變化，且這段時間內(nèi)電流達成整數(shù)個由零到最大值的變化，且這類變化狀況有周期性。建議同學們對上述溝通電，依占有效值的定義，分別計算它們的有效值，并與表中數(shù)值比較！5．交變電流的有效值和均勻值的差別1）物理意義不一樣溝通有效值是依據(jù)熱效應(yīng)規(guī)定的，即跟溝通的熱效應(yīng)相等的直流電的值為溝通的有效值，在計算熱量、電功率時，應(yīng)用此有效值；溝通的均勻值是溝通圖象中波形對時間軸所圍的面積跟時間的比值，因為對時間所圍面積的大小表示這段內(nèi)經(jīng)過的電荷量，所以計算經(jīng)過導(dǎo)體的電荷量時，應(yīng)用溝通電的均勻值。均勻值的計算須用和計算。（2）計算方法不一樣比如單匝線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式溝通電，當線圈從中性面轉(zhuǎn)過90°角的過程中，其有效值為，其電動勢的均勻值。由此可知在計算中不可以用有效值來取代均勻值，均勻值也不可以取代有效值。6．電阻、容抗和感抗的對照電阻感抗容抗產(chǎn)生原由定向挪動的自由電荷與因為電感線圈自感現(xiàn)象電容器兩極板上累積的電荷對這個不動的離子間的碰撞阻擋電流的變化方向定向挪動的電荷的抗爭作用在電路中對直流、溝通均有阻擋作只對變化的電流有阻擋不可以通直流，只通變化的電流。對用作用直流的阻擋作用無窮大，對溝通的的特色阻擋作用隨頻次的降低而增大由導(dǎo)體自己（長短、粗細、由導(dǎo)體自己的自感系數(shù)由電容的大小和電流的頻次決定，決定因素資料）決定，與溫度有關(guān)，和溝通電的頻次決定，電能的轉(zhuǎn)電流經(jīng)過電阻做功，電能電能和磁場能來去轉(zhuǎn)變電能和電場能來去變化化與做功轉(zhuǎn)變成內(nèi)能典型例題透析題型一求正弦溝通電的剎時感覺電動勢1．以下圖，有一閉合的正方形線圈，匝數(shù)N=100，邊長為10cm，線圈總電阻為10Ω。線圈繞OO＇軸在B=T的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，每分鐘轉(zhuǎn)面從圖示地點轉(zhuǎn)過30°時，感覺電動勢的值是多少？

1500

轉(zhuǎn)，求線圈平思路點撥：1）明確正弦溝通電的三因素，寫出剎時價表達式；2）由剎時價表達式求某時刻的值。分析：n=1500r/min=25r/s，=2πn=50πrad/s，最大值Em=NBSω=100×××50×V=V。線圈的初地點是中性面，所以其剎時價表達式為：當線圈轉(zhuǎn)過30°即ωt=30°時e=×sin30°V=V。答案：V。總結(jié)升華：進行詳細數(shù)值的計算時要注意一致到國際單位上。題型二剎時感覺電動勢和均勻感覺電動勢求法2．一邊長為

的正方形線圈

abcd

繞對稱軸

OO＇在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為

n=120r/min

，若已知邊長

=20cm，匝數(shù)

N=20，磁感覺強度

B=T，求：1）轉(zhuǎn)動中的最大電動勢及地點。2）從中性面開始計時的電動勢剎時價表達式。3）從以下圖地點轉(zhuǎn)過90°過程中的均勻電動勢。分析：（1）當線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場平行時（S∥B），ab、cd兩邊均垂直切割磁感線，這時線圈中產(chǎn)生的感覺電動勢最大Em=NBSω=20×××2π×2=V；2）電動勢剎時價表達式為e=Emsinωt=2sin（4πt）V；（3）。答案：（1）V線圈平面與磁場平行（2）2sin4πt（V）（3）V總結(jié)升華：正弦溝通電的產(chǎn)生過程是一個電磁感覺現(xiàn)象發(fā)生的過程，皆恪守紀拉第電磁感覺定律。在高中階段感覺電動勢的剎時價由求得，均勻感覺電動勢由求得。貫通融會【變式】以下圖，勻強電場B=T。一個匝數(shù)n=100匝的矩形線圈，邊長ab=m，bc=m，環(huán)繞著跟磁場方向垂直的對稱軸OO＇以角速度ω=100πrad/s勻速轉(zhuǎn)動。從繞圈平面經(jīng)過中性面時開始計時，求：（1）t=0、、、各時刻的剎時電動勢；（2）t由0到過程中的均勻電動勢。分析：（1）感覺電動勢的剎時價表達式為：則在各個時刻：t=0，e=0，，，（2）0～內(nèi)感覺電動勢的均勻值：。題型三對溝通電圖象的理解3．一矩形線圈在勻強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，線圈中的感覺電動勢隨時間t的變化規(guī)律以下圖，由圖象可知（）A．t1和t2時刻穿過線圈的磁通量為零B．t1和t3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零C．是從線圈平面與磁場方向平行的時刻開始計時的D．每當感覺電動勢e變換方向時，穿過線圈的磁通量都最大分析：由圖象可知，當t=0時，感覺電動勢有最大值，說明穿過線圈的磁通量的變化率最大，即線圈平面與磁場平行，選項C正確。t1、t2時刻感覺電動勢為零，說明這兩個時刻穿過線圈的磁通量的變化率為零，即線圈平面與磁場方向垂直，穿過線圈的磁通量最大，所以選項B正確、A錯。當線圈平面經(jīng)過中性面時，是感覺電動勢改變方向的時刻，所以選項正確。答案：BCD貫通融會【變式】一正弦溝通電的電壓隨時間變化的規(guī)律以下圖。由圖可知（A．該溝通電的電壓剎時價的表達式為u=100sin(25t)V

）B．該溝通電的頻次為25HzC．該溝通電的電壓的有效值為VD．若將該溝通電壓加在阻值為R=100Ω的電阻兩頭，則電阻耗費的功率是50W答案：BD分析：從圖中可知，溝通電周期T=4×10－2s，峰值電壓Um=100V，故友流電的頻次，有效值。加在R=100Ω的電阻上時的熱功率，剎時價表達式，故正確選項為BD?？偨Y(jié)升華：此題考察溝通電的周期、頻次、有效值、剎時價等基本觀點及互相間關(guān)系，以圖象為依靠，各選項間互相關(guān)系。解題的重點是從圖象讀守信息。題型四非正弦溝通電有效值的計算4．以下圖交變電流正當為某一正弦交變電流改換負值后i—t圖象，求該交變電流的有效值。思路點撥：當一個非正弦溝通電的前半個周期和后半周期變化規(guī)律不變或許不對稱時，應(yīng)分別計算這兩段時間內(nèi)交變電流產(chǎn)生的焦耳熱，而后運用有效值的觀點進行計算，即Q1+Q2=I2RT。分析：依據(jù)交變電流有效值的定義取一個周期t。則即所以有效值答案：A總結(jié)升華：只有正弦式交變電流才能用式，只有從有效值的定義及電流的熱效應(yīng)進行計算。

的關(guān)系，其余交變電流不可以亂套這一公貫通融會【變式】如圖甲所示的直流電經(jīng)過圖乙中的電阻

R，則交變電流表的示數(shù)為多少？分析：在半個周期內(nèi)，它的有效值與正弦交變電流的有效值同樣，再依據(jù)電流有效值的定義有：解得。說明：各樣溝通電電氣設(shè)施上所標的、溝通電流表丈量的等均為有效值。題型五溝通電路中有效值和均勻值的意義和運用5．以下圖，矩形線圈abcd在磁感覺強度B=2T的勻強磁場中繞軸OO＇以角速度ω=10πrad/s勻速轉(zhuǎn)動，線圈共10匝，電阻為r=5Ω，ab=m，bc=m，負載電阻R=45Ω。求電阻R在s內(nèi)所發(fā)出的熱量及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）。分析：（1）電動勢的最大值為：Em=nBSω=10×2×××10πv=V電流的有效值所以s內(nèi)R上發(fā)出的熱量Q=I2Rt=J2）線圈轉(zhuǎn)動的角度均勻感覺電動勢為：均勻感覺電流為：所以經(jīng)過電阻R的電量為：答案：JC總結(jié)升華：①用溝通電的有效值求解經(jīng)過電阻產(chǎn)生的熱量或計算電功、電功率。②用電流的均勻值計算經(jīng)過某截面的電量：，。6．將硬導(dǎo)線中間一段折成不關(guān)閉的正方形，邊長為，它在磁感覺強度為B、方向如圖的勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a、b兩處經(jīng)過電刷與外電路連結(jié)，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（）A．B．C．D．思路點撥：第一弄清不關(guān)閉正方形線圈產(chǎn)生的電壓或電流是正弦溝通電，而后求出電動勢的最大值，明確外電路進行計算。分析：由線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的感覺電動勢的最大值Em=BSω和ω=2πn，可知所以有效值。因為小燈泡正常發(fā)光，所以，B正確。答案：B總結(jié)升華：對于溝通電作用于純電阻電路的計算方法，只需將溝通電源的電動勢用有效值E表示，其余的求解方法與直流電路同樣。比如，路端電壓的有效值U=IR、、等。貫通融會【變式】以下圖，矩形線圈abcd在勻強磁場中能夠分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P以同樣的角速度勻速轉(zhuǎn)動，