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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流高二物理第十七章 交变电流电 第一节、第二节人教版知识精讲.doc.精品文档. 高二物理第十七章 交变电流电 第一节、第二节人教版【同步教育信息】一. 本周教学内容： 第十七章 交变电流电 第一节、第二节二. 知识要点：1. 知道什么是交变电流，了解正弦式电流的产生原理2. 知道什么是中性面3. 掌握交变电流的变化规律，会用图像法表示交变电流的变化规律4. 理解什么是交变电流的最大值和有效值，知道它们之间的关系 5. 理解交变电流的周期、频率以及它们之间的关系，知道我国生产和生活用电的周期（频率）的大小三. 疑难辨析：1. 电流强度的大小和方
2、向都做周期性的变化，这种电流叫交流电。大小改变方向不变的电流不是交流。交变电流的变化规律矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程（线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动，因而不产生感应电动势，只起导线作用）（1）线圈平面垂直于磁感线（a图），ab、cd边此时速度方向与磁感线平行，线圈中没有感应电动势，没有感应电流。这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点：线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零。（2）当线圈平面逆时针转过900时（b图），即线圈平面与磁感线平行时，ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直，即两边都垂直切割磁感线，这时感应电动势最大，线圈中的感应电流也
3、最大。（3）再转过900时（c图），线圈又处于中性面位置，线圈中没有感应电动势。（4）当线圈再转过900时，处于图d位置，ab、cd边的瞬时速度方向，跟线圈经过图（b）位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在（图b）位置相反。（5）再转过900线圈处于起始位置（e图），与a图位置相同，线圈中没有感应电动势。小结：线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。线圈中的感应电动势的大小如何变化呢？在场强为B的匀强磁场中，矩形线圈边长为L，逆时针绕中轴匀速转动，角速度为，从中性面开始计时，经过时间t。线圈转动的线速度为，转过的角度为，此时ab边
4、线速度v与磁感线的夹角也等于，此时ab边中的感应电动势为eab同理，cd边切割磁感线的感应电动势为：就整个线圈来看，因ab、cd边产生的感应电势方向相同，是串联，所以当线圈平面跟磁感线平行时，即，这时感应电动势最大值感应电动势的瞬时表达式为可见在匀强磁场中，匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的。即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化。当线圈跟外电路组成闭合回路时，设整个回路的电阻为R，则电路的感应电流的瞬时值为表达式感应电流瞬时值表达式这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正 比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时，
5、线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时，t=0时，磁通量最大，应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），t=时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如图（a）（b）所示分别是和。3. 交流电的图像 交流电的变化规律还可以用图像来表示，由前面的甲图中线圈转动过程中电动势和电流变化情况，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟中性面的夹角（或者表示线圈转动经过的时间t），纵坐标表示感应电动势e（感应电流i）。如图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图（b）所示。而（a
6、）（d）为直流其中（a）为恒定电流。4. 表征交变电流物理量表征交变电流大小物理量： 瞬时值：对应某一时刻的交流的值，用小写字母表示，e 、u 表示电压，i表示电流。 最大值：即最大的瞬时值，用大写字母表示，如Um、m、Em。，。注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为 ，E=，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。 有效值：意义：描述交流电做功或热效应的物理量定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。正弦交流的有效值与峰值之间的关系是E= I= U=。注意：正弦交流的有效
7、值和峰值之间具有E=，U=的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的指有效值。在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 最大值、有效值、平均值在应用上的区别。峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。交流的有效值是按热效应来定义的
8、，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为，而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值。表征交变电流变化快慢的物理量： 周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：
9、s。 频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位： 角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s。 角速度、频率、周期，的关系=2f=【典型例题】例1 如图所示，在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感强度B=T，线框的CD边长为20cm、CE、DF长均为10cm，转速为50r/s，若从图示位置开始计时（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式。（2）若线框电阻r=3,再将AB两端接“6V，12W”灯泡，小灯泡能否正常发光？若不能，小灯泡实际功率多大？解析：（1）注意到图示位置磁感线与线圈平面平行，瞬时值表达式应为余弦函数，先求出最大值和角频率。E=BS=0.
10、20.1100=10(V) 所以电动势瞬时表达式应为e=10cos100t(V)。（2）小灯泡是纯电阻电路，其电阻为R=首先求出交流电动势有效值E=10（V）此后即可看成恒定电流电路，如图所示，显然由于R=r,=5v，小于额定电压，不能正常发光。其实际功率是P=8.3(w)例2 如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。解析：此题所给交流正负半周的最大值不相同，许多同学对交流电有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交流电的最大值是有效值的倍的关系，直接得出有效值，而对此题由于正负半周最大值不同，就无从下手。应该注意到在一个周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根据有效值的定义
11、，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同，从焦耳定律求得。IRT=I1R+ I2R 即I=(+（）解得：I=A例3 如图中两交变电流分别通过相同电阻R。 分别写出它们的有效值、周期、频率； 计算它们在R上产生的功率之比解析： 图甲为正弦交流其有效值，周期T1=0.4s，频率f12.5Hz；图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向作周期性变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值I25A，周期T20.4s，频率f22.5Hz 由公式PI2R得P甲P乙12点评：对于非正弦交流电，在计算其有效值时，一定要根据有效值的定义，利用热效应关系求解。例4 电路两端的交流电压是u
12、Umsin314tV，在t0.005s时电压的值为10V，则接在电路两端的电压表读数为多少？解析：交流电表的读数应是交流电的有效值由瞬时值求出最大值，再求有效值。答案：7.07V。【模拟试题】1. 交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法正确的是（ ）A. 电流将改变方向 B. 磁场方向和线圈平面平行C. 线圈的磁通量最大 D. 线圈产生的感应电动势最大2. 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法正确的是（ ）A. 线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B. 线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C. 线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应
13、电流的方向都要改变一次D. 线圈转动一周，感应电动势和感应电流方向都要改变一次3. 线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，从下图可知（ ）A. 在A和C时刻线圈处于中性面位置B. 在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C. 在A时刻到D时刻线圈转过的角度为radD. 若从O时刻到D时刻经过0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次4. 如图所示中的100匝矩形线圈，abcd0.2 m，adbc0.1m，磁感强度B1T，角速度5rad/s，则线圈中产生的感应电动势最大值_为V，从中性面开始转动的交流电动势瞬时值为e_V。5. 四个接220V交流电的用电器，通电时间相同，则消耗电能
14、最多的是（ ）A. 正常发光的额定功率为100W的灯泡B. 电流最大值为0.6A的电熨斗C. 每分钟发热6000J的电热器D. 额定电流I0.5A的电烙铁6. 下列说法正确的是（ ）A. 用交流电压表测量交流电压时，指针来回摆动B. 一周期内交流的方向改变两次C. 如果交流的最大值是5A，则最小值为5AD. 用电器上所标电压值是交流的有效值7. 一电阻接在10V直流电源上，电热功率为P；当它接到电压u10sintV上时功率为（ ）A. 0.25P B. 0.5P C. P D. 2P8. 如图所示为一交流的电压与时间图像，它的有效值为_V。试题答案1. A、C 2. C 3. D 4. 10，e10sin5t5. C 6. B、D 7. B 8. 7.9V
