10.1 交變電流的產(chǎn)生及描述

[體系構(gòu)建]1．交變電流(1)定義：大小和方向都隨時(shí)間做

變化的電流。如圖10－1－1(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流。其中(a)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱正弦式電流，如圖(b)為矩形脈沖電流，(c)(d)為鋸齒形掃描電流。周期性圖10－1－12．中性面(1)定義：與磁場(chǎng)方向

的平面。(2)特點(diǎn)：①線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量

，磁通量的變化率為

，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

。②線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，

經(jīng)過中性面。線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次。垂直最大零零兩次

(1)產(chǎn)生：當(dāng)閉合線圈由中性面位置(圖10－1－2中O1O2位置)開始在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間而變化的函數(shù)是正弦函數(shù)。圖10－1－23．正弦式電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律(2)變化規(guī)律：①電動(dòng)勢(shì)(e)：e＝

；②電壓(u)：u＝

；③電流(i)：i＝

。EmsinωtUmsinωtImsinωt

1．正弦式電流的變化規(guī)律及對(duì)應(yīng)圖象(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))規(guī)律物理量磁通量Φ＝Φm·cosωt＝BScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝Em·sinωt＝nBSωsinωt函數(shù)圖象規(guī)律物理量函數(shù)圖象電壓電流2.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)(3)任意時(shí)刻線圈中產(chǎn)生的電流的大小和方向。(1)交變電流的最大值。3．由正弦交流電的圖象可信息獲取4．交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式書寫的基本思路(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如：①線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt。②線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt。1.某線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻

速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖10－1－3

所示，由圖中信息可以判斷(

)答案：CD次數(shù)1．周期和頻率一次周期性描述交變電流的物理量2．交變電流的四值(1)瞬時(shí)值：它反映不同時(shí)刻交流電的大小和方向，正弦交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為：e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝

。(應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始計(jì)時(shí))(2)最大值：也叫峰值，它是瞬時(shí)值的最大值，它反映的是交流電大小的變化范圍，當(dāng)線圈平面跟磁感線

時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)最大，其值為Em＝

(轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線)。Umsinωt平行nBSω?zé)嵝?yīng)交流的一個(gè)周期熱量有效值3．電感和電容對(duì)交變電流的影響(1)電感器：①感抗(XL＝2πfL)：指電感線圈對(duì)正弦交變電流的阻礙作用。②作用：通

、通低頻、阻

。(2)電容器：②作用：通

、阻低頻、隔

。直流高頻高頻直流1．交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值

e＝Emsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值討論電容器的擊穿電壓物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是指有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值計(jì)算通過電路截面的電荷量2.對(duì)峰值Em的理解由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBSω，知Em與n、B、S、ω四個(gè)物理量有關(guān)，與軸的具體位置和線圈的形狀無關(guān)。3．對(duì)有效值的理解(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)(電流通過電阻產(chǎn)生熱量)進(jìn)行定義的，所以在進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí)，要緊扣電流通過電阻生熱進(jìn)行計(jì)算。注意“三同”：即“相同電阻”，“相同時(shí)間內(nèi)”產(chǎn)生“相同熱量”。計(jì)算時(shí)“相同時(shí)間”一般取一個(gè)周期。(5)交變電流的有效值不是交變電流的平均值。有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，而交變電流的平均值是交變電流中物理量對(duì)時(shí)間的平均值，交變電流的平均值的大小與Δt的取值有關(guān)，在計(jì)算交變電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量、熱功率時(shí)只能用交變電流的有效值，不能用平均值，而在計(jì)算通過導(dǎo)體的電荷量時(shí)，只能用交變電流的平均值，而不能用有效值。萬能模型——電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)模型1．模型概述“電動(dòng)機(jī)”模型和“發(fā)電機(jī)”模型是高考題中時(shí)常出現(xiàn)的題型，凡在安培力作用下于磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的通電導(dǎo)體均可看作電動(dòng)機(jī)模型，在外力作用下于磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體均可看作發(fā)電機(jī)模型，此模型綜合考查了磁場(chǎng)力的作用、電磁感應(yīng)、恒定電流、交流電、能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識(shí)。2．模型特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能工作原理通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)閉合線圈在磁場(chǎng)中受外力轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)解題要點(diǎn)(1)受力由左手定則來判斷(2)能量關(guān)系：P總＝P輸出＋P熱(3)實(shí)際功率：P實(shí)際≤P額定(4)電壓、電流關(guān)系：U>IR(1)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向由右手定則判定(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小由法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算(3)注意感應(yīng)電流的最大值、瞬時(shí)值、有效值和平均值的計(jì)算(4)能量轉(zhuǎn)化