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1、 第一节 交变电流知识内容 一、交变电流的产生 1交流发电机的基本组成部分（1）磁极：产生磁场（2）电枢：产生感应电动势（3）滑环和电刷：把产生的电流从发电机引导到外电路（用于旋转电枢式发电机）课堂练习1关于交流发电机，下列说法正确的是（ BCD ）A定子是电枢的发电机，是旋转电枢式发电机 B转子是磁极的发电机，是旋转磁极式发电机BO1O2C只有旋转磁极式发电机，才能产生高压交流 D旋转电枢式的发电机，只能产生低压交流知识内容 2交变电流及其产生（1）强度和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电（2）随时间按正弦规律变化的电流叫正弦式电流（3）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈
2、里产生了交变的感应电动势，因而就产生交变电流，这是正弦式电流课堂练习2下列说法中正确的是（ ACD ）A只要矩形线圈绕着线圈平面内某一条轴在磁场中转动，线圈中就会产生交变电流B只要矩形线圈绕着线圈平面内某一条轴在匀强磁场中转动，线圈中就会产生正弦式交流C矩形线圈绕着线圈平面内某一条轴在匀强磁场中匀速转动，才能产生正弦式交流电D任何形状的线圈绕着线圈平面内某一条轴在磁场中转动，都能产生交流电3下列说法正确的是（ ABD ）A线圈绕着线圈平面内某一条轴在磁场中转动，穿过线圈的磁通量会发生改变B线圈绕着线圈平面内某一条轴在磁场中转动，一定产生变化的感应电动势C线圈绕着线圈平面内某一条轴在匀强磁场中匀
3、速转动，会产生恒定的感应电动势D线圈绕着线圈平面内某一条轴在匀强磁场中匀速转动，会产生周期性变化的感应电动势知识内容 3、中性面的物理意义矩形线圈在磁场中旋转，当线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电动势，线圈的这个位置叫做中性面中性面的特点是：线圈经过中性面时，线圈中的电流的方向要发生改变线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，线圈中没有感应电流即：线圈平面与中性面重合时：线圈平面与中性面垂直时： 课堂练习4如图所示的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，a、b、c是不同时刻所处的位置，其中 a 位置是中性面5矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，在线圈平面经过中性面的瞬间（ BD ）
4、A、线圈平面与磁感线平行；B通过线圈的磁通量最大C线圈中的感应电动势最大；D线圈中感应电动势的方向改变6线圈平面跟中性面重合的瞬间，下列的说法中正确的是（ BCD ）A、线圈中的磁通量为零；B、线圈中的电流的方向将发生改变C线圈的每一边都不切割磁感线；D线圈的每一边都不受磁场力知识内容 二、交变电流的描述 1交流的瞬时值、峰值、有效值（1）交流的瞬时值反映的是不同时刻交流的大小和方向（2）交流的峰值是交流的最大值，反映的是交流大小的变化范围当线圈平面跟磁感线平行时，交流的电动势最大瞬时值和峰值的关系是：mem（3）交流的有效值是根据电流的热效应规定的，即在相同时间内，跟某一交流能使同一电阻产生
5、相等热量的直流的数值，叫做该交流的有效值 2交流的频率和周期的关系（1）交流的频率f是交流在1S内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，简称赫，符号是Hz（2）交流的周期T是交流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒，符号是s（3）频率和周期互为倒数，即f=1/T 3交流的瞬时表达式及其图象（1）正弦式电流的瞬时表达式是： emsint，u=Umsint，i=Imsint 式中m、Um、Im表示交变电动势、交变电压、交变电流的峰值，表示产生交变电流的相应的矩形线圈在匀强磁场中转动的角速度（2）正弦式交变电流的图象如图所示，从图象可以直接读出此交流的峰值是Im、周期是T4正弦式交变电流的有效值与峰值
6、的关系=m/，U=Um/；I=Im/；说明：只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的/2倍。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。（电容器的耐压值是交流的最大值。）（3）交流电的平均值是，不常用，有效值和平均值是不同的两个物理量，千万不可混淆。（4）生活中用的市电电压为220V，其最大值为220V=311V（有时写为310V），频率为50HZ，所以其电压即时值的表达式为u=311sin314tV。例题分析例1：一个电热器接在峰值电压为10V的正弦式电流的电源上，消耗一定的功率. 现在把它接在直流电源上，使它消耗的功率是原来的
7、2倍，则直流电源的电压应为： B A. 7.07V B. 10V C. 14.1V D. 20Vi/A3o t/s-60.2 0.3 0.5 0.6解析：接在交流电时 设此时消耗的功率为P，则设直流电压为U/，功率为2P，有 所以：即：例2. 交流发电机的转子由BS的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30时交流电压的瞬时值为V。解：电压表的示数为交流电压的有效值，由此可知最大值为Um=U=20V。而转过30时刻的瞬时值为u=Umcos30=17.3V。例3. 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。解：该交流周期为T=0.3s，前t1=0.
8、2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有：I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 ,带入数据计算得：I=3A 例4. 交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？R上产生电热QR为多少？外力做的功W为多少？解：按照电流的定义I=q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或
9、瞬时值。求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热。因此W=Q 。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。Pu V12345ot/10-2su/V311例5. 左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 A.110V B.156V C.220V D.311V解：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形
10、，其有效值为220V；后半周期电压为零。根据有效值的定义， ，得U=156V，选B。课堂练习7我国城乡生活用的交变电流的电压是 220 V，这是指交变电流电压的（ C ）A、平均值；B瞬时值；C有效值；D峰值；8我国使用的正弦式交流的频率为50 Hz，则它的（ B ）A、周期为 002 S，电流方向每秒改变50次 B周期为 002 S，电流方向每秒改变100次C周期为 001S，电流方向每秒改变50次 D、周期为001S，电流方向每秒改变100次9用手摇发电机模型做演示实验时，如果观察到发电机模型上的灯的光亮每分钟闪烁60次，那么手摇时线圈的转动频率是 0.5Hz ，线圈转动的周期是 2s 1
11、0某交流的瞬时表达式为 i5 sin314tA，则此交流的峰值是 5 A，交流发电机的转速是 50 rs，角速度是 314 rads，从t0时刻起，经过001s，电流的瞬时值是 0 A11已知某交变电流的瞬时值表达式是：I=5sin50t A，从t=0到第一次出现最大值的时间是（ A ） A、1s100； B1s150； C ls/200； D1s5012某交变电压的瞬时表达式是u=311sin 314tV，则（ B ）A、此交流电压的峰值是3llV，频率是314 Hz B此交流电压的峰值是3llV，频率是50HzC此交流电压的峰值是220 V，频率是314Hz D此交流电压的峰值是220 V
12、，频率是50 Hz13有两个交变电流：i15 Sin20tA，i210sin10tA则以下判断正确的是（AC ）A、il的峰值比i2小；Bi1的瞬时值比i2小Ci1的周期比i2小；D产生i1发电机的转速比产生i2发电机的转速小14某交变电流的峰值是155 V，频率为50Hz，则此交变电流的瞬时表达式为 u=155sin314tV 15交流发电机工作时，产生的电动势为e=m sint若将线框的匝数和它的转速均加倍，则产生的电动势为（ D ）Ae=2msint； Be=2msint Ce=4msint De4 msint16矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转动轴匀速转动时产生的交流电动势为 e
13、msint，当线圈转动的角速度增大一倍，其他条件不变时，则交流电动势为（C）A、e=msin2t Be= 2msintCe=2msin2t De=msin2t17如图3所示为一正弦交流的图象，由图象可知，t003 S时电流的瞬时值为 10 A， t=004 s时的电流的瞬时值为 0 A，此电流的周期为 0.04 S，频率为 25 Hz18有一个正弦式交流电压的图象如图所示，则它的瞬时表达式应该是（ A ）Au50sin 62. 8tV Bu50sin10tVCu100 sin2tV Du100 sin 314tV19某个正弦式交流的瞬时表达式是I=44 Sin20 t A，与这个表达式符合的交
14、流的图象是图中的（ C ）20有一正弦式交流电，它的瞬时值的表达式为I=10sin314tA，那么它的电流的有效值是（ A ）A、10A B10A C 314 A D50 A21有一交流电压u=141 sin157tV，加在200的电阻上，则与电阻串联的交流电流表的读数应是（ B ）A、0.35A ；B0.50A ；C0.71A； D1.41A22一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电动势为e380sin 100tV，关于这个交流的说法中正确的是（ AB ）A、交流电动势的最大值约为537 V B电动势的有效值为380 VC交变电流的频率为100 Hz D当t=0时，线圈平面与中性面垂直2310A恒定电流通过电阻R时，时间 t内放出的热量为Q，某一交流通过该电阻R时，时间t内放出的热量为Q/2，这一交流的有效值和最大值为（ B ）A、I=10 A， I
