第三章 专题 交变电流产生及其描述 导学案 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

交变电流及其描述 一、正弦式交流电产生的原理 1．交变电流 大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1(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，简称正弦式电流，如图(a)所示． 　 图1 2．正弦交流电的产生和变化规律 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动． (2)中性面：①定义：与磁场方向________的平面． ②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为______，感应电动势为______．b.线圈转动一周，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次． (3)图象：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__________曲线．如图1(a)所示． 3.矩形线框绕垂直于匀强磁场的轴O转动时，线圈的两条边切割磁感线产生感应电动势，如图4所示．设线圈的匝数为n，转动角速度为ω，两对边分别为l1和l2(其中ab边为l1，ad边为l2)． 若从中性面开始计时，经时间t转到如图所示位置．则t时间线框转过ωt角．ab边产生的电动势e1＝nB l1ω· l2sin ωt .cd边产生的电动势e2＝nB l1ω· l2sin ωt. 由右手定则可知：e1和e2环绕方向相同．故总电动势e＝e1＋e2＝nB l1 l2ωsin ωt＝nBSωsin ωt.其中nBSω为电动势的最大值． 4．周期和频率 (1)周期T：交变电流完成__________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________，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T＝________或f＝________. 5．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一________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________． (3)有效值：让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交流的__________． (4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I＝____________，U＝____________，E＝____________. (5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值. 例1.交流发电机的示意图如图所示，当线圈ABCD绕垂直于磁场方向的转轴OO'匀速转动时，下列说法正确的是（　　） A．图示位置磁通量最大，磁通量的变化率最大 B．图示位置电流最大，方向为A→B C．从图示位置开始转过90°时，电流方向将发生改变 D．从图示位置开始转过90°时，电动势达到最大值 【解答】解：AB、由图可知，图示位置线圈平面与磁感线的方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电流为零，故AB错误； CD、从图示位置开始转过90°时，线圈平面与磁感线的方向平行，穿过线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势达到最大值，电流方向不发生变化，故C错误，D正确。 故选：D。 二、正弦式交流电的图象的应用 　　 物理量　　 函数 (从中性面计时) 图象 磁通量 Φ＝Φmcos ωt 　＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt 　＝nBSωsin ωt 路端电压 u＝Umsin ωt 　 电流 i＝Imsin ωt 　 三、交流电四值的比较和应用 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＝ 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值 对正(余)弦交变电流有：E＝Em/ U＝Um/ I＝Im/ (1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等) (2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值 (3)保险丝的熔断电流值为有效值 平均值 交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 ＝Bl ＝n ＝ 计算通过电路截面的电荷量 四、非正弦交流电有效值的计算方法只有正弦式交变电流才能用的关系，其他交变电流都不满足这一关系，