交变电流的产生和变化规律目标认知学习目标1 . 了解交变电流，理解正弦交流电的概念2 .理解正弦交流电的产生过程及产生条件，能够利用电磁感应定律推导计算正弦交流电的瞬时值表达式 片&如山 八，四仙】二乙皿阳3 .从正弦交流电产生过程、变化图象及解析式”网sin陋上三个方面的结合上去理解它的变化规律4 .理解描述交流电的物理量：最大值、有效值、周期、频率等的意义及相应计算，尤 其是有效值的意义和相关计算5 .能够熟练地写出正弦交流电的瞬时值表达式以及从它的变化图象上读出有用信息6 . 了解电感电容对交流电的影响以及交流电、直流电作用于电感电路的不同之处；了 解电感和电容在交流电路中的应用7 .能将电磁感应的相关知识迁移到本部分内容中解决问题；能理解物理学等效思想的意义学习重点1 .对正弦交流电的产生过程和变化规律的理解2 .理解描写交流电的物理量，能熟练地写出正弦交流电的瞬时值表达式，熟练地进行 最大值与有效值的计算学习难点1 .正弦交流电产生过程以及对中性面特点的理解2 .有效值的意义以及应用有效值的概念进行能的转化和守恒的有关计算3 .电感和电容对交流电影响知识要点梳理知识点一：直流电和交流电要点诠释：1 .直流电电流的方向不随时间变化的电流或电压叫做直流电。
直流电可以分为：脉动直流电和恒定电流两种形式脉动直流电：电流或电压的大小随时间发生变化，但方向不发生变化，如图甲、乙所示如图丙、丁恒定电流(或恒定电压)：电流或电压的大小和方向都不随时间发生变化,（丙）（丁）2 .交流电电路中的电流大小和方向都随时间做周期性的变化， 这样的电流叫交变电流，简称交流(AC)实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示掌鳄也端中的 承波嚣中的碾电子■■机中 激光通仃中正弦交变也流火^打摘电服的金影脉冲的火脉冲产乙丙丁知识点二：正弦交流电的产生和变化规律要点诠释：1.实验装置如图所示，一个线圈在匀强磁场中绕着垂直于磁场的轴匀速转动时，就会圈中产生正弦交流电£注意如下几点：①线圈所在空间的磁场是匀强磁场；②线圈匀速转动；③线圈的两个端分别固定在完整的滑环L、K上，碳刷F和E各自与L、K始终相接，也就是说，每个碳刷始终和线圈的同一个端相接对外供电这是与直流发电机所不同的地方)c2—正弦交流电方向变化的位置一一中性面」(1)中性面线圈平面与磁感线垂直的位置，如上图中甲、丙线圈所在平面即为线圈中性面2)中性面的特点①线圈的各边都不切割磁感线，线圈中无感应电动势和感应电流产生。
②线圈每经过一次中性面，电流的方向就改变一次，线圈每转一周电流方向改变2次③在中性面处线圈包围的磁通量最大，但其变化率」二3—正弦交流电电动势最大的位置一一与中性面垂直的位置如上图乙、丁线圈所在位置1)与中性面垂直的位置的特点由于磁场与线圈平面平行， 所以磁通量为零，但是磁通量的变化率却最大，因此感应电动势最大，感应电流最大2)此位置线圈的 AB边和CD边的速度方向与磁感线垂直 线圈远离此位置时，感应电动势变小4.正弦交流电：电动势、电流、电压随时间的变化规律(1)正弦交变电流的瞬时表达式(从中性面开始计时)e = E, sin"二口^^门图［i = 7-, sin iur电动势的最大值其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的瞬时值，Im、Um、Em分别表示电流、电压、(2)正弦交变电流的图象如图：(3)对正弦交变电流的图象的理解正弦交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示：1.从图象中可以解读到以下信息：.①交变电流的最大值Im、Em、周期To②因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零， 磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。
③找出线圈平行磁感线的时刻④判断线圈中磁通量的变化情况⑤分析判断i、e随时间的变化规律知识点三：正弦交流电瞬时值表达式的推导过程及求解步骤要点诠释：1.交变电流的瞬时值表达式的推导设线圈从中性面起经时间 t转过角度3 ,则日=3 t,此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为眺 和(180° —④t),如图所示:它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：0 = sin xt + 5ZrrfvsinCt 80一=SBZ^vsinv=因为 2 ，代入上式中得：g = SSmHn⑦上二瓦点立由上 虎对纯电阻电路，设闭合电路总电阻为R,由欧姆定律得闭合回路的电流瞬时值e SK .「1 = — =——sinmt =『a Etn 阳」此时加在电路的某一段电阻R/上的电压瞬时值：堂=凶 : IpR 'sin 国士 = si n an2 .求解交变电动势瞬时值的步骤①确定线圈转动是从哪个位置开始计时②确定表达式是正弦还是余弦③确定转动的角速度3及 N、B、S等④求出峰值Em,写出表达式，代入角度求瞬时值知识点四：描述交流电的物理量要点诠释：1.描述交变电流大小的物理量(1)峰值交变电流在一个周期内所能达到的最大值，峰值可以用来表示交变电流的强弱或电压的高低，但不适于用来表示交流电产生的热量或转化为多少其它形式的能。
峰值在实际中有一定的指导意义，所有使用交变电流的用电器，其最大耐压值应大于其使用的交变电压的峰值，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许施加电压的最大值2)有效值使交变电流和直流电通过相同阻值的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就电压、电动势都是指有效值，交流电流表 电流值也是指有效值把这一直流电的数值叫做这一交变电流的有效值①在没有特别说明时，通常所说的交变电流、测量的值也是有效值，交流用电设备铭牌标出的电压、②正弦交变电流的有效值与最大值之间的关系：(3)瞬时值交流电的瞬时值反映的是不同时刻交变电流的大小和方向，瞬时值是时间的函数，不同时刻瞬时值不同4)平均值其数值可以用 人£计算注意某段时间内的交流电的平均值不等于这段时间始末时刻瞬时值的算术平均值对有效值的说明：①有效值是根据直流电和交流电的热效应等效定义的,旨在描写一个变化的交流电能量转化情况② & ,, J2仅适用于正弦交流电，对其它变化形式的交流电则不适用7 = 4=4③ 途 等关系适用于正弦交流电长时间作用的效果，即上口『，若tWT时，只有在 2 , t=T或者从i=o至I] i=im的4、4的时间内成立2.描写交流电变化快慢的物理量(1)周期交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒(s)。
2)频率1 s内交变电流完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹(Hz)3)周期T、频率f、线圈的转速n及④的关系t f =/ , e ® = 2穴(n 的单位取 r / s)知识点五：电感、电容对交变电流的影响要点诠释:1 .电感对交变电流的阻碍作用(1)对比法实验探究如图，把线圈L与白炽灯串联起来， 先把它们接到直流电源上， 再把它们接到交流电源上取直流电源的电压与交流电压的有效值相等观察两种情况下灯泡的亮度2)实验现象接通直流电源时，灯泡亮度大；接通交流电源时，灯泡亮度小3)实验结论电感线圈对交变电流有阻碍作用电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，阻碍作用就越大，感抗也就越大4)电感线圈的特性及应用特性：通直流阻交流应用：①低频扼流圈：通直流阻交流，线圈的自感系数很大②高频扼流圈：通低频阻高频，线圈的自感系数较小③日光灯镇流器：日光灯正常工作时，起降压限流作用2 .电容器对交流电的阻碍作用(1)对比实验探究如图所示，把白炽灯和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况 把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，再 观察灯泡的发光情况。
2)实验现象电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源，灯泡亮；把电容器从 电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时更亮3)实验结论电容对交流电有阻碍作用，这个阻碍作用用容抗表示关于容抗：①表示电容对交变电流阻碍作用的大小②大小由电容器的电容和交变电流的频率决定电容越大，交变电流的频率越高，容抗z =---就越小若用Xc表示容抗，C表示电容器的电容，f表示交变电流的频率，则有2叮 0说明：对于容抗的公式，只要求作定性的解释，不要求作定量的计算)③容抗的单位是欧姆，在交变电路中类似于一个电阻4)电容的特性和应用特性：通交流，隔直流；通高频，阻低频应用：①放大器的级间耦合，称为耦合电容，用来传递经过放大了的交流信号②过滤脉动直流电的高频成份，称为滤波电容规律方法指导1 .正弦交流电的三要素(1)最大值：L "L 『一・••.”,其中v表示线圈切割磁感线的线速度，织 表示线圈转动过程的最大磁通量2开气』⑪=——=(2)角速度：7(3)初相位：计时起点t=0时刻线圈平面与中性面所夹的角 砧表示线圈的初位置) 说明：三要素明确之后，正弦交流电的瞬时值表达式便可以顺利地写出，即O2 .将正弦交流电产生过程中线圈的位置、表示变化规律的图象上的点、解析式的 值三者对应起来形成对正弦交流电的状态和变化规律的准确、完整的认识。
3 .理解中性面的特殊意义①e=0, i=0,但 凡 最大③是交流电方向变化的位置对于日常使用的正弦交流电f=50 Hz,方向每秒钟改变100 次）4 .对交变电流的有效值的理解（1）交变电流的有效值是根据电流的热效应（电流通过电阻生热）进行定义的，所以 进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热（或热功率）进行计算计算时“相同时间” 一般要取一个周期的时间半周期对称的可取半周期交变电流名称交变电流图样有效值正弦式交变电流正弦半波交变电流正弦单向脉动电流矩形脉动电流非对称性交变电流（2）常见的几种交流电的有效值在高中阶段能计算有效值的非正弦交流问题主要有以下两类:（1）各段时间内电流的大小有各自不变的值，且有周期性2）某段时间电流按正弦规律变化，且这段时间内电流完成整数个由零到最大值的变化，且这种变化情况有周期性建议同学们对上述交流电，根据有效值的定义， 分别计算它们的有效值， 并与表中数值对照！5 .交变电流的有效值和平均值的区别（1）物理意义不同E交流有效值是根据热效应规定的，即跟交流的热效应相等的直流电的值为交流的有效值，在计算热量、电功率时，应用此有效值；交流的平均值是交流图象中波形对时间轴所围的面积跟时间的比值，由于对时间所围面积的大小表示这段内通过的电荷量，因此计算通过导体的电荷量时，应用交流电的平均值。
—A0-豆E =r I = 一平均值的计算须用Ai和 R计算2）计算方法不同」例如单匝线圈在磁场中匀速转动产生正弦式交流电，当线圈从中性面转过90角的过口 &d R* 2B^S。