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

三、交流电四值的比较和应用