第7.2节 交变电流-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第二册）

第七章 ·电磁感应定律的应用 第2节 交变电流 ◎目标导航 知识要点 难易度 1. 交流和直流的概念：方向是否周期性变化 2. 中性面时通量最大，电流为0；垂直面时磁通量为0，电流最大 3. 正弦交流电函数：e＝Emsin ωt 4. 正弦交流电的有效值与最大值：E＝ U＝ I＝ ★★ ★★★ ★★★ ★★★ ◎知识精讲 1．交流和直流的概念 电流和电压的大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交流电流，简称交流，用AC表示． 电流和电压的方向都不随时间变化的电流叫直流电，简称直流，用DC表示． 交流电流通过电阻时，在电阻两端产生的电压也随电流的方向改变而周期性改变，称交流电压； 直流电在电阻两端产生的电压称直流电压。 为了区别直流电和交流电，直流用大写的U和I表示直流参数，交流用小写的u和i表示交流参数。 如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图(a)所示。 2．正弦交流电的产生 (1)组成：下图是交流发电机的示意图，主要由永磁体、线圈、金属环、电刷组成。 两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈的AB 边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，电刷EF分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。 (2)转动过程：在匀强磁场里，在外部动力带动下，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. 中性面：与磁场方向垂直的平面。如图甲、丙为中性面。 线圈转动一周时间称为一个周期，用T表示。 甲：t=0，线圈通过中性面，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零。 乙：t=T/4，AB边向下切割磁感线，感应电流向外；CD边向上切割磁感线，感应电流向外； 此时感应电动势，感应电流最大。外电路电流方向从E到F。 丙：t=T/2，线圈通过中性面，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零。 丁：t=3T/4，AB边向上切割磁感线，感应电流向外；CD边向下切割磁感线，感应电流向外； 此时感应电动势，感应电流最大。外电路电流方向从F到E。 线圈转动一周，两次经过中性面．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次． 3．正弦交流电的图象 (1)．图像 用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦函数曲线． 从图中可以看出：线圈中的感应电动势随线圈平面跟中性面之间的夹角做周期性变化。 在线圈转动一周的过程中，出现两次最大值（一次正值，一次负值，表示电动势方向相反）。 (2)．函数表达式 规律 物理量 函数 图象 电动势 e＝Emsin ωt 电压 u＝Umsin ωt ＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt (3). 两个特殊位置点 ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变． 4．正弦交流电的描述 (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1 s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 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值，也叫最大值． (3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值． 对正弦交流电，其有效值和峰值的关系为：E＝，U＝，I＝. 有效值不是平均值，有效值是电流做功等效的值，不是平均值。 铭牌上的额定电压、额定电流没有特别说明情况下一般指有效值， 额定功率也是按有效值计算的；但电容上的电压是指击穿电压，对应于交流电的峰值。 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＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 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)铭牌上所标的一般是有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 ※ 在电路计算中可按最大值或有效值代入欧姆定律计算，得到相应的最大值或有效值。 ◎例题精讲 例1. 如图所示，属于交流电的是(　　) 例2. 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是(　　)