第三章+專(zhuān)題+交變電流產(chǎn)生及其描述 導(dǎo)學(xué)案 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

交變電流及其描述一、正弦式交流電產(chǎn)生的原理1．交變電流大小和方向都隨時(shí)間做__________變化的電流．如圖1(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流．其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng)正弦式電流，如圖(a)所示．圖12．正弦交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律(1)產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，線(xiàn)圈繞________________方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．(2)中性面：①定義：與磁場(chǎng)方向________的平面．②特點(diǎn)：a.線(xiàn)圈位于中性面時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量________，磁通量的變化率為_(kāi)_____，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_____．b.線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，________經(jīng)過(guò)中性面．線(xiàn)圈每經(jīng)過(guò)____________一次，電流的方向就改變一次．(3)圖象：用以描述交流電隨時(shí)間變化的規(guī)律，如果線(xiàn)圈從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，其圖象為_(kāi)_________曲線(xiàn)．如圖1(a)所示．3.矩形線(xiàn)框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈的兩條邊切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖4所示．設(shè)線(xiàn)圈的匝數(shù)為n，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω，兩對(duì)邊分別為l1和l2(其中ab邊為l1，ad邊為l2)．若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)時(shí)間t轉(zhuǎn)到如圖所示位置．則t時(shí)間線(xiàn)框轉(zhuǎn)過(guò)ωt角．a(chǎn)b邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e1＝nBl1ω·eq\f(1,2)l2sinωt.cd邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e2＝nBl1ω·eq\f(1,2)l2sinωt.由右手定則可知：e1和e2環(huán)繞方向相同．故總電動(dòng)勢(shì)e＝e1＋e2＝nBl1l2ωsinωt＝nBSωsinωt.其中nBSω為電動(dòng)勢(shì)的最大值．4．周期和頻率(1)周期T：交變電流完成__________變化(線(xiàn)圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是秒(s)．公式：T＝eq\f(2π,ω).(2)頻率f：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的________，單位是赫茲(Hz)．(3)周期和頻率的關(guān)系：T＝________或f＝________.5．交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值(1)瞬時(shí)值：交變電流某一________的值，是時(shí)間的函數(shù)．(2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達(dá)到的________．(3)有效值：讓交流與恒定電流分別通過(guò)________的電阻，如果它們?cè)诮涣鞯囊粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的________相等，則這個(gè)恒定電流I、恒定電壓U就是這個(gè)交流的__________．(4)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I＝____________，U＝____________，E＝____________.(5)平均值：是交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時(shí)間的比值.例1.交流發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示，當(dāng)線(xiàn)圈ABCD繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．圖示位置磁通量最大，磁通量的變化率最大 B．圖示位置電流最大，方向?yàn)锳→B C．從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，電流方向?qū)l(fā)生改變 D．從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值【解答】解：AB、由圖可知，圖示位置線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)的方向垂直，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，感應(yīng)電流為零，故AB錯(cuò)誤；CD、從圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)的方向平行，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值，電流方向不發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤，D正確。故選：D。二、正弦式交流電的圖象的應(yīng)用物理量函數(shù)(從中性面計(jì)時(shí))圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝Emsinωt＝nBSωsinωt路端電壓u＝Umsinωt電流i＝Imsinωt三、交流電四值的比較和應(yīng)用物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線(xiàn)圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值Em＝nBSωIm＝討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值對(duì)正(余)弦交變電流有：E＝Em/eq\r(2)U＝Um/eq\r(2)I＝Im/eq\r(2)(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如功、功率、熱量等)(2)電器設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流值為有效值平均值交變電流圖象中圖線(xiàn)與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝Bleq\x\to(v)eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量四、非正弦交流電有效值的計(jì)算方法只有正弦式交變電流才能用的關(guān)系，其他交變電流都不滿(mǎn)足這一關(guān)系，只能根據(jù)有效值的定義進(jìn)行計(jì)算．計(jì)算時(shí)要注意兩點(diǎn)，一：若交變電流正負(fù)半周最大值不相等時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算電熱；二：取一個(gè)周期計(jì)算電熱．幾種典型的電流及其有效值名稱(chēng)電流(電壓)圖象有效值正弦式交變電流I＝eq\f(Im,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))正弦式半波脈沖電流I＝eq\f(Im,2)U＝eq\f(Um,2)正弦單向脈沖電流I＝eq\f(Im,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))矩形脈沖電流I＝eq\r(\f(t1,T))ImU＝eq\r(\f(t1,T))Um非對(duì)稱(chēng)性交變電流I＝eq\r(\f(1,2)（Ieq\o\al(2,1)＋I(xiàn)eq\o\al(2,2)）)U＝eq\r(\f(1,2)（Ueq\o\al(2,1)＋Ueq\o\al(2,2)）)例：如圖所示為某一交變電流的電流—時(shí)間（i﹣t）圖像，時(shí)間軸上方為最大值為1A的正弦交流電的一部分，則該交流電的有效值為（）A．32A B．33A C．【解答】解：設(shè)交變電流的有效值為I，周期為T(mén)，電阻為R，則I代入數(shù)據(jù)解得：I=2五、電阻、電感和電容對(duì)交流電影響電阻感抗容抗產(chǎn)生原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞電感線(xiàn)圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、交流均有阻礙作用只對(duì)變化的電流,如交流有阻礙作用不能通直流,只能通交變電流。對(duì)交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大決定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)決定,與溫度有關(guān)由線(xiàn)圈本身的自感系數(shù)和交流電的頻率決定(成正比)即XL=2πfL由電容的大小和交流電頻率決定(成反比)即XC=能量轉(zhuǎn)化電流通過(guò)電阻做功,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化【典例】如圖所示,交流電流表A1、A2和A3分別與電阻R、線(xiàn)圈L和電容器C串聯(lián)后接在同一交流電源上。交流電壓的瞬時(shí)值為u1=Umsinω1t,三個(gè)電流表的讀數(shù)分別為I1、I2和I3,現(xiàn)換另一電源供電,交流電壓的瞬時(shí)值為u2=Umsinω2t,ω2=2ω1,改換電源后,三個(gè)電流表的讀數(shù)變