搜索
第三节交变电流第三章电磁感应第三章电磁感应1.知道什么是直流，什么是交变电流．2.定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量．(重点＋难点)3．知道交流能通过电容器的原因，了解交流的这一特性在电子技术中的应用．(难点)4.初步了解发电机的构造和原理．一、交流发电机1．结构：由固定不动的“______”和连续转动的“______”组成．2．原理：__________现象，线圈在磁场中转动产生感应电动势．3．交流和直流：线圈在磁场中转动时产生的______、______随时间做________变化的电流叫交变电流．方向不变的电流叫______．定子转子电磁感应大小方向周期性直流二、交流的变化规律1．正弦式电流：电流、电压随时间按正弦函数的规律变化．i＝__________________，u＝__________________．2．产生：矩形线圈在__________里绕垂直于磁场的转轴以某一角速度__________，线圈中将产生正弦式交流电．ImsinωtUmsinωt匀强磁场匀速转动3．描述交流电的物理量(1)峰值：交变电流在变化过程中所能达到的________，Um、Im分别为交变电流电压、电流的峰值．(2)周期和频率①周期：交变电流完成一次周期性变化所用的______，符号为T.我国电网交变电流的周期是______．②频率：交变电流在1s内发生周期性变化的______，符号为____，单位为Hz.我国电网交变电流的频率是________．③周期和频率的关系：T＝1f或f＝1T.最大值时间0.02s次数f50Hz三、交流能够通过电容器当电容器接到交流电路上时，电容器交替进行充电和放电，电路中形成电流，电容对电流也有阻碍作用，电容器能够通______、隔______．交流直流1．当电容器接到交流电路上时，自由电荷通过电容器两极板间的绝缘介质了吗？提示：没有．电容器通交流的实质是当电容器接到交流电路上时，电容器不断地充放电，从而使电路中有了电流，自由电荷如果通过电容器两个极板间的绝缘介质，则电容器就被击穿了．四、交流的有效值1．定义：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在______的时间里它们产生的热量______，我们就把这个直流电压、电流的数值称作交流电压、电流的________．2．正弦式电流有效值和峰值的关系Ue＝Um2≈0.707Um，Ie＝Im2≈0.707Im.相等相等有效值2．所有的交变电流的峰值和有效值之间都满足2倍的关系吗？提示：不是．只有正弦式交变电流的峰值和有效值之间才满足此关系．交变电流的产生及图象1．直流电和交变电流(1)直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电，简称直流，用字母“DC”或符号“－”表示．(2)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流，用字母“AC”或符号“～”表示．2．交流电的产生(如图所示)当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中就产生感应电流．线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了大小和方向随时间做周期性变化的交变电流．3．正弦式电流的图象(如图所示)(1)电流方向随时间做周期性变化，是交流电的最主要特征，也是交流电与直流电的最主要区别．(2)交变电流的方向一个周期内改变两次，我国使用的交变电流：T＝0.02s，f＝50Hz，电流方向每秒改变100次．命题视角1交变电流的产生(多选)如图哪些情况线圈中产生了交变电流()[思路点拨]产生交变电流的三个条件是：(1)匀强磁场；(2)转轴垂直磁场方向；(3)匀速转动．[解析]由交变电流的产生条件可知，转轴必须垂直于磁感线，但对线圈的形状及转轴的位置没有特别要求．故选项B、C、D正确．[答案]BCD命题视角2交变电流的图象问题如图是一个正弦式交变电流的图象，下列说法正确的是()A．周期是0.20s，电流的峰值是10AB．周期是0.10s，电流的峰值是10AC．频率是5Hz，某时刻的电流为i＝10sin5t(A)D．频率是0.2Hz，某时刻的电流为i＝10sin0.2t(A)[思路探究](1)由正弦式交流电的电压(或电流)随时间的变化关系图象可以得到哪些信息？(2)如何由图象确定正弦式交流电的瞬时值表达式？[解析]由图象可知T＝0.20s，Im＝10A则f＝1T＝5Hz，而ω＝2πT＝10π，则某时刻的电流i＝10sin10πt(A)．故选项A正确，B、C、D错误．[答案]A【通关练习】1．(多选)如图所示的图象中属于交变电流的是()解析：选ABC.选项A、B、C中e的方向均发生了变化，故它们属于交变电流，但不是正弦式交变电流；选项D中e的方向未变化，故是直流．2．如图所示是我国民用交流电的电压的图象．根据图象可知，下列有关家庭用交变电压参数的说法中，错误的是()A．电压的最大值是311VB．用电压表测出的值是220VC．交流电的频率是50HzD．1s内电流方向改变50次解析：选D.根据图象可得电压的最大值是311V，周期T＝2×10－2s，则有效值Ue＝Um2＝220V，频率f＝1T＝50Hz，A、B、C对；正弦式交流电一个周期内电流方向变化两次，1s内电流方向改变100次，D错．对交流有效值的理解1．在定义有效值时要注意：三同相同电阻相同时间产生相同热量2．公式E＝Em/2、Ue＝Um/2、Ie＝Im/2仅适用于正弦式电流．3．(1)对于正弦式电流，可以先根据图象或公式求出交变电流的峰值，然后根据E＝Em2，求出正弦式电流的有效值．(2)对非正弦式电流①先假设交变电流通过电阻R，计算交流电在一个周期内产生的热量Q(可分段计算)；②将热量Q用相应的物理量的有效值表示Q＝I2Rt，Q＝U2Rt；③代入数据，求出有效值．4．有效值的应用(1)在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电功率的计算式：P＝IU中，U、I均为有效值．(2)在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值．(3)我国民用交变电流：照明电压220V和动力电压380V都是指有效值．“有效值”定义中有“相等时间……”相等时间不是指任意长或任意短的时间，指的是一个周期或周期的整数倍．如图所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是()A．52AB．5AC．3.52AD．3.5A[思路探究](1)定义有效值的依据是什么？(2)如何求解非正弦式交变电流的有效值？[解析]根据交流电有效值的定义得：I21Rt1＋I22Rt2＝I2Rt即(42)2R×0.01＋(32)2R×0.01＝I2R×0.02解得I＝5A.[答案]B有效值的计算(1)计算非正弦式交变电流的有效值时，应按有效值的概念从热效应的角度分析；(2)交流的有效值与电流的方向无关，在具体计算时，一般选取一个周期的时间．交变电流的平均值和有效值如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势最大值为Em＝nBSω，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：(1)通过电阻R的电荷量q；(2)电阻R上产生的焦耳热Q.[思路点拨]解答本题的关键是弄清求解通过电阻的电荷量和产生的焦耳热分别用电流的瞬时值、平均值、峰值还是有效值．[解析](1)在此过程中，穿过线圈的磁通量变化ΔΦ＝BS，时间Δt＝T4＝π2ω，产生的平均电动势为E－＝nΔΦΔt＝2πnBωS，平均电流为I－＝E－R＋r＝2nBωSπ（R＋r），通过R的电荷量q＝I－Δt＝nBSR＋r.(2)在该过程中电阻R上产生的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的14，Q＝14I2RT＝14nBωS/2R＋r2R2πω＝πωR（nBS）24（R＋r）2.[答案]见解析利用交变电流的有效值和平均值解题容易出现的错误：(1)分不清有效值和平均值的应用范围，凡涉及电功、电热等电流热效应的求解都用有效值，交流电的平均值只用于通过导体电荷量的求解；(2)易将只适用于正弦交变电流的正弦式电流的有效值是峰值的12倍的关系推广到所有的交流电中使用．