第三章 交变电流-【知识手册】高中物理全册必背章节知识清单（人教版2019）

第三章交变电流 1　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，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流． 3．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，如图所示． 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：e＝Emsin ωt，Em叫作电动势的峰值，Em＝NωBS. 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 电流表达式i＝Imsin_ωt，电压表达式u＝Umsin_ωt.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． 五、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 e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt (2)从与中性面垂直的位置开始计时 e＝Emcos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt. 2．交变电流的峰值 Em＝NωBS，Im＝，Um＝. 【特别提醒】 确定正弦式交变电流电动势瞬时值表达式的基本方法 1．确定线圈转动到哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化． 2．确定线圈转动的角速度． 3．确定感应电动势的峰值Em＝NωBS. 4．写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt. 六、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： ①e＝0(或i＝0)时：线圈位于中性面上，此时＝0，Φ最大． ②e最大(或i最大)时：线圈平行于磁感线，此时最大，Φ＝0. (3)e、i大小和方向随时间的变化规律． 2　交变电流的描述 一、周期和频率 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＝，如图为我国照明电路的u－t图像，则交流电的周期T＝0.02 s，频率f＝50 Hz. 4．角速度与周期、频率的关系：ω＝＝2πf. 说明　交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关．ω(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为T＝，ω＝＝2πf＝2πn. 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． (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，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝，Um＝ImR. (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：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． (1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：E＝＝0.707Em，U＝＝0.707Um，I＝＝0.707Im. (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Q＝I2RT或Q＝T，最后代入数据求解有效值． 3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系 E＝＝0.707Em，U＝＝0.707Um，I＝＝0.707Im 三、正弦式交变电流的公式和图像 1．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u＝Umsin t，i＝Imsin t. 3　变压器 一、变压器的原理 1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈． 2．原理：互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势． 3．变压器的构造 变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，其构造示意图与电路中的符号分别如图1甲、乙