第十二章 交变电流【全攻略】备战2024年高考物理一轮重难点复习

第12章 交变电流 1、 理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关 2、 分析交变电流的产生过程，推导交变电流电动势的表达式 3、 理解正弦式交变电流的公式和图像 4、 了解变压器的构造以及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理 1、 交变电流、交变电流的图像 1．交变电流 大小和方向均随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。 2．正弦式交变电流的产生和变化规律 (1)产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的电流是正弦式交变电流。 (2)中性面 ①中性面：与磁感线垂直的平面称为中性面。 ②中性面的特点以及与峰值面(中性面的垂面)的比较 中性面 峰值面 含义 与磁场方向垂直的平面 与磁场方向平行的平面 穿过线圈的磁通量 最大(BS) 0 磁通量的变化率 0 最大 感应电动势 0 最大(NBSω) 电流方向 发生改变 不变 (3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 (4)正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。如图甲、乙所示。 (5)变化规律 正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时) ①电动势e随时间变化的规律：e＝Emsinωt，其中ω表示线圈转动的角速度，Em＝NBSω。 ②负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝Umsinωt。 ③电流i随时间变化的规律：i＝Imsinωt。 二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。 (2)频率(f)：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T＝或f＝。 2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流的电动势、电流或电压在某一时刻的值，是时间的函数。 (2)峰值：交变电流的电动势、电流或电压所能达到的最大值。 (3)有效值 ①定义：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，就把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的有效值。 ②有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝。(仅适用于正弦式交流电) (4)平均值：交变电流图像中图线与时间轴所围面积跟对应时间的比值。 三、正弦式交变电流的产生及变化规律 1．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 规律 物理量　　 函数表达式 图像 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt＝nωBSsin ωt 电压 u＝Umsin ωt＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝sin ωt 2.书写交变电流瞬时值表达式的步骤 (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nωBS求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 ①线圈从中性面位置开始计时，则i－t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。 ②线圈从垂直于中性面的位置开始计时，则i－t 图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos ωt。 四、交变电流有效值的求解 1．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，则这个恒定电流的电流I与电压U就是这个交变电流的有效值． 2．正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝，U＝，E＝. 2．几种典型的电流及其有效值 名称 电流(电压)图像 有效值 正弦式交变电流 I＝ U＝ 正弦半波电流 I＝ U＝ 正弦单向脉动电流 I＝ U＝ 矩形脉动电流 I＝ I1 U＝ U1 非对称性交变电流 I＝ U＝ 五、交变电流“四值”的理解和计算 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsinωt u＝Umsinωt i＝Imsinωt (适用于正弦式交变电流) 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝NBSω (适用于正弦式交变电流) Um＝ Im＝ 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ (适用于正弦式交变电流) (1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等) (2)电器设备“铭牌”上所标的额定电流、额定电压一般是指有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 (4)交流电压表和电流表的读数为有效值 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 ＝Bl