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1、交变电流知识点一：交变电流一、交变电流1交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流2直流：方向不随时间变化的电流称为直流二、交变电流的产生交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用右手定则判断线圈切割磁感线产生的感应电流方向三、交变电流的变化规律1中性面(1)中性面：与磁感线垂直的平面(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零2从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：eEmsin t，Em叫作电动势的峰值，EmNBS.3正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流4正弦式交变电流和电压电流表达
2、式iImsin_t，电压表达式uUmsin_t.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值四、交流发电机1主要构造：电枢和磁体2分类(1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动(2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动技巧点拨一、交变电流与直流1交变电流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流2常见的交变电流的波形图实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如下图所示3直流方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流二、两个特殊位置假定线圈绕OO轴沿逆时针方向匀速转动，如下图所示：1中性面位置(SB，如图中的甲、丙)线圈平面与磁
3、场垂直的位置，此时最大，为0，e为0，i为0.线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次2垂直中性面位置(SB，如图中的乙、丁)此时为0，最大，e最大，i最大三、交变电流的变化规律1正弦交变电流的瞬时值表达式(1)从中性面位置开始计时eEmsin t，iImsin t，uUmsin t(2)从与中性面垂直的位置开始计时eEmcos t，iImcos t，uUmcos t.2交变电流的峰值EmNBS，Im，Um.四、交变电流的图像如图甲、乙所示，从图像中可以得到以下信息：(1)交变电流的峰值Em、Im.(2)两个特殊值对应的位置：e0(或i0)时：线圈位于中性面上，此时0，最
4、大e最大(或i最大)时：线圈平行于磁感线，此时最大，0.(3)e、i大小和方向随时间的变化规律例题精练1（2021春龙岩期末）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（）At0.01s时，线框平面与磁感线相互平行Bt0.005s时，穿过线框的磁通量最大C当电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面夹角为45D线框中的感应电流方向每秒钟改变50次【分析】根据图象读出感应电动势的瞬时值，从而确定线框的位置，判断穿过线框的磁通量大小；当电动势瞬时值为22V时，根据瞬时值表达式确定线圈平面与中性面夹角，在一个周期内
5、电流的方向改变两次，读出周期，即可求得每秒钟电流方向改变的次数。【解答】解：A、由图象知：t0.01s时，感应电动势为零，则线框位于中性面，线框平面与磁感线垂直，故A错误；B、t0.005s时，感应电动势最大，线框平面与磁感线相互平行，则穿过线框的磁通量为零，故B错误；C、从中性面开始计时，该交变电动势的瞬时值表达式为e22sint（V），当电动势瞬时值为e22V时，解得t，即线圈平面与中性面夹角为45，故C正确；D、由图可知，交流电的周期T0.02s，在一个周期内电流的方向改变两次，故线框中的电流方向每秒钟改变n22次100次，故D错误。故选：C。【点评】本题考查对交流电图象的理解，根据图象
6、能读出电动势的瞬时值、最大值和周期，进而求出交变电动势的瞬时值表达式，并判断线框的位置与瞬时值的关系。2（2021春芜湖期中）在匀强磁场中的一个矩形金属线圈绕垂直磁场方向的转轴匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t按照如图所示正弦规律变化，已知线圈匝数为10匝，下列说法中正确的是（）A此交流电每秒钟电流方向改变5次B此交变电动势的有效值为1VCt0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为Wb【分析】从图象得出电动势最大值、周期，从而算出频率、角速度；磁通量最大时电动势为零。【解答】解：A、由et图象得到周期为0.2s，故频率为：f，解得f5Hz，一个周期内
7、电流方向改变两次，所以每秒钟电流方向改变10次，故A错误；B、此交变电动势的有效值为：EV，故B错误；C、t0.1s时，感应电动势为零，此时线圈处在中性面上，线圈平面与磁场方向垂直，通过线圈的磁通量最大，故C错误；D、电动势最大值EmNBS，所以最大磁通量BSWbWb，故D正确；故选：D。【点评】本题主要考查了交变电流的应用，解题关键是根据et图象得到周期和电动势的最大值，要明确交流电有效值与峰值的关系，基础题。随堂练习1（2020秋建邺区校级期末）一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图甲中的线a所示，用此线圈给图乙电路供电，发现三个完全相
8、同的灯泡亮度相同。当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图甲中的线b所示，以下说法正确的是（）A曲线a、b对应的线圈角速度之比为2：3B当t0时刻，线圈平面恰好与磁场方向平行C转速调整后，L2灯泡最亮D转速调整后，三个灯泡的亮度仍然相同【分析】根据图象甲读出周期，求出线圈角速度之比；当t0时刻，根据电动势瞬时值分析线圈的位置；根据转速调整后频率的变化，分析灯泡亮度的变化。【解答】解：A、由图可知，曲线a、b对应的周期分别Ta0.04s，Tb0.06s，由得线圈角速度之比a：bTb：Ta3：2，故A错误；B、当t0时刻，感应电动势为零，线圈平面恰好与磁场方向垂直，故B错误；CD、转速调整后，周期变
9、大，频率降低，电感L对交变电流的阻碍减小，电容器C对交变电流的阻碍增大，对R没有影响，所以，三个灯泡的亮度各不相同，L2灯泡最亮，故C正确，D错误。故选：C。【点评】解答本题时，要理解正弦交变电流产生过程，搞清线圈在不同位置产生的感应电动势大小。同时，要知道电感和电容在电路中的作用。2（2021春青铜峡市校级月考）如图所示，图象中不属于交流电的是（）ABCD【分析】直流电是指电流的方向不发生变化的电流，其大小可以变化，交流电是指电流的方向发生变化的电流，但是它的电流的大小可以不变。【解答】解：ABC、ABC选项中e的方向均发生了周期性的变化，故它们属于交流电，故ABC不符合题意；D、D选项中e
10、的方向未发生变化，仅仅是e的大小发生了周期性的变化，不属于交流电，符合题意；故选：D。【点评】交流电的最大的特点是电流方向在不断的变化，对于其大小是否变化没有要求。3（2020秋杭州期中）新安江水电站交流发电机在正常工作时，电动势e310sin100t（V），若水轮机带动发电机的转速增加到1.2倍，其它条件不变，则电动势为（）Ae372sin120t（V）Be310sin120t（V）Ce372sin100t（V）De310sin100t（V）【分析】根据交流发电机正常工作时电动势最大值表达式，求出发电机转速增加到1.2倍时感应电动势的最大值，以及角速度的值，再写出电动势的表达式。【解答】解：
11、根据e310sin100t（V），知电动势最大值为Em310V，角速度为100rad/s交流发电机正常工作时电动势最大值表达式为EmNBS，可知，当发电机的转速增加到1.2倍时，电动势最大值增加到原来的1.2倍，即为Em1.2Em1.2310V372V发电机的转速增加到1.2倍，则角速度也增加到1.2倍，为1.21.2100rad/s120rad/s，故电动势为eEmsint372sin120t（V），故A正确，BCD错误。故选：A。【点评】解决本题时考虑问题要全面，在eEmsint式中Em和都与转速成正比，不能简单认为表达式是eEmsin1.2t，从而选择B项。知识点二：交变电流的描述一、周
12、期和频率1周期(T)：交变电流完成一次周期性变化所需的时间2频率(f)：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数3周期和频率的关系：T或f.4角速度与周期、频率的关系：2f.二、峰值和有效值1峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿2有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值3在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系E0.707Em，U0.707Um，I0.707Im三、正弦式交变电流的公式和图像1
13、正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线2若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为uUmsin t，iImsin t.技巧点拨一、周期和频率1周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T.2频率：周期的倒数叫作频率，其数值等于单位时间内完成周期性变化的次数3周期和频率的关系：f，如图3为我国照明电路的ut图像，则交流电的周期T二、峰值和有效值1峰值：(1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值，若将交流电接入纯电阻电路中，
14、则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im，UmImR.(2)电容器耐压值要高于交流电压的峰值才不会被击穿2有效值：确定交变电流有效值的依据是电流的热效应让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流值叫作交流电的有效值(1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：E0.707Em，U0.707Um，I0.707Im.(2)当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即QI2RT或QT，最后代入数据求解有效值说明(1)E、I、U只适用于正弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般不再适用(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值，在确定保险丝的熔断电流时也用有效值例题精练1（2021春黎川县校级期末）小型交流发电机向灯泡供电的示意图如图所示。已知绕与匀强磁场垂直的轴匀速转动的线圈电阻为10，外接的灯泡额定电压为20V，额定电流为0.2A，若发电机转子以50r/s的转速匀速转动时，灯泡正常发光，不计电路的其
