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1、第十一章 交变电流本章知识结构表解交变电流的特点（四个值：最大值、有效值、瞬时值、平均值）交变电流交变电流的产生和描述交变电流变压器远距离输电 电能远距离传输第一节 交变电流的产生及描述一、 考情分析考试大纲考纲解读、交变电流、交变电流的图像 I、正弦交变电流的函数表达式,峰值和有效值 I要注意区分瞬时值、有效值、最大值、平均值。瞬时值随时间做周期性变化,表达式为;有效值是利用电流的热效应定义的，计算电功率、交流电表的读出值和用电器标定值均为有效值。最大值是来计算，在正弦交流电中最大值是有效值的倍。平均值只能计算在一段时间内通过导体横截面的电荷量：R为该回路的总电阻。二、 考点知识梳理 （一)
2、、交变电流的定义及其产生： 1.交变电流：_与_都随时间做_的电流叫交变电流。2正弦交变电流是随时间按_规律变化的交变电流,其函数图像是_曲线3、正弦式交流电的产生(过程如图11-1-1)1-1当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴作匀速转动时，线圈中产生按正弦规律变化的交流电. 中性面的特点:磁通量的变化率为_,但磁通量_,每通过一次中性面,电流方向改变一次,一个周期内两次通过中性面(二)、正弦式交变电流的变化规律1从线圈转至中性面开始计时,_用Em表示峰值NBS,则_,若从转至平行磁感线开始计时，_2 最大值：_3.Em 与转轴的所在位置和线圈形状_。4线圈转至中性面时，电流方向发生_,
3、线圈转动一周，电流方向改变_。 图象表示如图11-1-2所示11-1-2（三）、表征正弦交变电流的物理量.周期和频率 周期：交变电流完成一次_所需的时间,叫做交变电流的周期,通常用T表示,单位是 频率: 交变电流在_内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的频率,通常用f表示,单位是赫兹。周期和频率的关系是:转速(): _线圈转过的转数。单位/s 或n。交变电流的最大值有效值交变电流的最大值(m和Um) 它是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低. 感应电动势的最大值,它仅由线圈匝数、磁感应强度、角速度、线圈面积决定，和转轴的位置及线圈的形状无关。交变电流
4、的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流和恒定电流通过_，如果它们在_产生的_相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。 说明:（1)正弦式交变电流的有效值与其相应的最大值间的关系为:对于用其他方式产生的交变电流，其有效值与最大值间的关系均须根据有效值的定义作具体分析,计算。 （2）通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表读数；交流电器的额定电压、额定电流，保险丝的熔断电流等都是指有效值。 （特例:电容器的耐压值是最大值。)(3)求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。若计算通过电路某一截面的电量,需用电流的平均值。三、考点知识解读考点1 交变电流的产生过程以及规律应用剖析: 交变
5、电流的产生过程以及规律应用在高考题中往往以选择题形式出现,考的方面还是比较多的,比如中性面、感应电动势、感应电流、磁通量、磁通量的变化率、电流方向改变位置、时刻等，这都要求同学们对过程理解透彻并能从中得出规律。例题1线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图11-所示，由图示可知( )A.在和时刻线圈处于磁通量变化率最大位置11-1-3B在和时刻穿过线圈的磁通量为最大C在B时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度.若从B时刻到时刻经过01s,则在1内交变电流的方向改变100次解析：AB选项：在A和C时刻,电流最大属于完全切割，线圈中电动势为最大，磁通量变化率最大,磁通量为零。A选项对，选项错。C
6、选项:在B时刻到D时刻，电流为零到电流为零且相邻。线圈转过的角度为弧度，则在1内交变电流的方向改变10次CD选项对。答案：D【变式训练】一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,在转动过程中，线框中的最大磁通量为,最大感应电动势为,则下列说法中正确的是.当穿过线框的磁通量为零时，感应电动势也为零.当穿过线框的磁通量减小时，感应电动势在增大.当穿过线框的磁通量等于时,感应电动势等于.线框转动的角速度解析：根据正弦交流电的产生及其变化规律:当磁通量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时,感应电动势在增大；磁通量为零时，感应电动势最大。由此可知，选项错误,正确。设线框从中性面开始计时，
7、则有 式中 因 所以 ,选项正确。再设，则 为了求出此时穿过线框的磁通量，可画出如图11-1-4所示的示意图,并将磁感应强度沿着平行于线框平面和垂直于线框平面的方向分解出和，则有 ,由于对产生磁通量没有贡献,故磁通量11-1-4 可见,选项是错误的。故，本题的正确选项为。考点2. 交变电流峰值、瞬时值、平均值的计算剖析: ()求线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦交流电的电动势的最大值E时,可用公式Em=NS求解，此时要注意别忘记线圈的匝数N.（）求线圈转动过程中某段时间内的平均电动势时应用来求解，但应注意求时的正负及与的对应关系。11-1-5例题2 （9年天津卷）如图11-1-5所示，单匝矩形闭
8、合导线框bcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动,线框中感应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q= 解析:电动势的最大值,电动势的有效值,电流的有效值;。答案： （1）,【变式训练2】（09年福建卷）一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图11-甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0,则外接一只电阻为95.的灯泡，如图乙所示,则（ )A电压表的示数为20V B电路中的电流方向每秒钟改变50次.灯泡实际消耗的功率为484W .发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为2.2J11
9、-1-6解析:选项：电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值m=V,有效值E20V，灯泡两端电压，A错B选项:由图像知=0.02,一个周期内电流方向变化两次,可知1s内电流方向变化100次，B错选项：灯泡的实际功率,C错D选项:电流的有效值，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为，对。答案：D考点3. 交变电流的有效值剖析：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等,就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。一定要根据这种等效思想求解。i/A3O t/s-60.2 0.3 0.5 0.6例题 通过某电阻的周期性
10、交变电流的图象如图-1-。求该交流电的有效值。 解析：该交流周期为T=.3s,前1=0.2为恒定电流I1=A,后2=0.s为恒定电流I=6A,因此这一个周期内电流做的功可以求出11-1-7来,根据有效值的定义,设有效值为I，根据定义有: I=3A【变式训练3】如图11-8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 Pu V12345ot/10-2su/V311 A.10 B.1511-1-8 C.220 D.311V解析:从ut图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为20V;后半周期电压
11、为零。根据有效值的定义,，得U=6,选B。四、考能训练A 基础达标1(07.宁夏理综卷)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图1-1所示由图可知A.该交流电的电压瞬时值的表达式为u100in(5t）V11-1-9B该交流电的频率为2 HC该交流电的电压的有效值为10 D.若将该交流电压加在阻值10 的电阻两端,则电阻消耗的功率为50 W2（7天津理综卷）将阻值为5的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图1-1-10所示.下列说法正确的是 （ ).电路中交变电流的频率为2 HzB.通过电阻的电流为A11-1-10C电阻消耗的电功率为2.5 .用交流电压表测得电阻两端的电压是
12、511-1-11(202全国第四次大联考）一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图11-1-1所示,则下列说法中正确的是( )A.=0时刻,线圈平面与中性面垂直B.t=0.1 s时刻,的变化率最大C.t=0.2 时刻,交流电动势达到最大D.该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示处在匀强磁场中的矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与b垂直.在t=时刻,线圈平面与纸面重合（如图11-1-12）,线圈的边离开纸面向外运动.若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是( ）11-1-12.如图111-1所示,把电阻、电感线圈、电容器并联接到某一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压不变，而将频率加大，则三个电流表的示数I、I2、3的大小关系是( )11-1-13AI1=2=3 B.III3 CI2I3 .I3I1I211-1-14.一交流电压的图象如图1-14所示,将该交流电压加在一阻值为 的电阻两端,下列说法中正确的是( )A.该电阻消耗的功率为550 W该交流电压的瞬时值表达式为u=1sin100t VC.并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110 VD
