交变电流
交变电流
知识点解读：一、交变电流恒定电流(直流）：强弱和方向都不随时间改变的电流交变电流（交流）：强弱和方向都随时间周期性变化的电流。
几种常见的交变电流的波形:1.交变电流（1）定义：大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流；其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。
（2）产生：①产生原理：交变电流的产生，一般都是借助于电磁感应现象得以实现的。
因此，可以说，产生交变电流的基本原理，就是电磁感应现象中所遵循的规律——法拉第电磁感应定律。
正弦式电流产生于在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里。
②产生交变电流的基本方式一般来说，利用电磁感应现象来产生交变电流的具体操作方式可以有很多种。
例如，使图中所示的线圈在匀强磁场中往复振动，就可以在线圈中产生方向交替变化的交变电流。
但这种产生交变电流的操作方式至少有如下两个方面的不足：第一，操纵线圈使之往复振动，相对而言是比较困难的；第二，使线圈往复振动而产生的交变电流，其规律相对而言是比较复杂的。
正因为如此，尽管理论上产生交变电流的具体操作方式可以有很多种，但人们却往往都是选择了操作较为方便且产生的交变电流的规律较为简单的一种基本方式——使线圈在匀强磁场中相对做匀速转动而切割磁感线来产生交变电流。
这几乎是所有交流发电机的基本模型。
（3）过程分析分析从（a ）-(e)过程中电流方向的变化，并分析大小 （4）中性面线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为0，这一位置叫中性面。
线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变。
线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次。
说明：①线圈经过中性面时，各边都不切割磁感线，不产生感应电动势；②线圈经过中性面平面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，所以感应电动势为0；③线圈与中性面垂直时，磁通量为0而磁通量的变化率最大，故感应电动势最大； ④矩形线框在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式。
交变电流知识点总结
交变电流知识点总结交变电流是指电流方向和大小随时间而变化的电流。
它是一种重要的电流形式，广泛应用于电力系统、电子电路、通信系统等领域。
下面对交变电流的基本概念、特点、生成方法、传输和应用进行总结。
一、基本概念：1.交变电流的方向和大小随时间而变化，可以用正弦波形表示，也可以用复数形式表示。
2.交变电流有频率和周期的概念。
频率是指单位时间内交变电流通过的周期数，单位是赫兹（Hz）；周期是指交变电流完成一个完整的循环所需要的时间，单位是秒（s）。
二、特点：1.交变电流的方向和大小在时间上是连续变化的，与直流电流相比，交变电流的变化速度更快。
2.交变电流的有效值与其最大值的关系为：有效值=最大值/√2，有效值是交变电流的有效功率的基准值。
3.交变电流的平均值为零，即大约一半时间是正的，一半时间是负的，因此它的总体功率为零。
三、生成方法：1.通过交流发电机产生：交流发电机通过转动线圈和磁场的相互作用，产生交变电动势，再通过变压器将电压调整到合适的输电电压。
2.通过交流变压器产生：交流变压器通过变压器原理，将输入电压的大小和频率调整到合适的输出电压。
3.通过电子器件产生：交流电源通过半波整流、全波整流、桥式整流等方式将交变电流转换为直流电流，再通过逆变器将直流电流转换为交变电流。
四、传输：交变电流在传输过程中，存在电阻、电感和电容等元件的影响，会导致电流的衰减和相位的延迟。
为了减小传输损耗和提高传输效率，需要采取一系列措施，如增加输电线路的导体截面积、降低输电线路的电阻、合理选择输电线路的导线材料等。
五、应用：1.电力系统：交变电流是电力系统中主要的电流形式，用于发电、输电和配电等环节。
电力系统中的交变电压一般为50Hz或60Hz，通过变压器调整电压的大小，以适应不同的用电需求。
2.电子电路：许多电子设备和电路都使用交变电流。
例如，交流电源用于供给电子设备工作所需的电能；交流调压电路用于平稳调节电压，以保证设备正常工作。
交变电流(全章总结)
a
b
• 5、理想变压器原线圈1400匝，副线圈700 匝并接有电阻R，当变压器工作时原线圈中 （D ） • A、电流的频率之比为2:1 • B、功率之比为2:1 • C、电流之比为：2:1 • D、电压之比为2:1
• 6、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝 数比n1﹕n2=4﹕1，当导体棒L在匀强磁场 中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电 流表A1的示数是12mA，则电流表A2的示 数为（B ） • A、3 mA A1 A2 • B、0 mA v n1 n2 R • C、48 mA B • D、与负载R的值有关
0 0.01 0.02 0.03
• 3、有一个交变电流，其电压u=311sin314tV, 则（ ） AD • A、此交变电流做打点计时器的电源时，打点 周期为0.02S • B、它可使“220V 100W”的灯泡正常发光， 也可使耐压值为220V的电容器正常工作 • C、用交流电压表测量时，读数为311V • D、使用这个交流电的用电器，每通过1C的电 荷量时，电流做功220J
Em
0 t2 t1 t3 t4
t
• 2、如图所示为一正弦交变电流通过一电子 元件时的波形图，则下列说法正确的是 （ B ） • A、这也是一种交变电流 • B、电流的变化周期是0.02S • C、电流变化的周期是0.01S • D、电流通过100欧的电阻时，1S内产生热 量200J i/A
2 t/s
交变电流复习
一、交变电流
• 1、定义: 大小 和 方向 都随时间周期性变化的电流 • 2、产生：线圈在 匀强磁场 中绕垂直于磁场 方向的轴转动。 • 特殊位置：中性面：B ┴ S，磁通量 最大 ， • 感应电动势 最小 ，电流 改变 方向。 • 最大值位置： B ∥ S，磁通量 等于0 ， • 感应电动势 最大 ，电流不改变 方向。 • 3、表达式： e= Emsinωt，（中性面开始） • e= Emcosωt ，（与中性面垂直开始） • Em= nBSω . • 4、按正弦规律变化的电流叫正弦式交变电流
交变电流
(3)外电路电阻两端的电压: u=Umsinωt(从中性面开始计时)
u=Umcosωt(从从B∥S开始计时)
求解交变电流表达式的基本方法
1.建立交流电的瞬时方程必须首先确定Em、ω ，同时 注意起始位置（是从中性面开始是正弦曲e=Emsinω t; 从垂直中性面开始是余弦曲线，e=Emcosω t）. 2.由Em=N·2BL1v=NBL1L2ω =NBSω =NΦ mω 可知，峰值 Em与线圈的面积有关。而与垂直于磁场方向的转动轴 的位置无关，与线圈的形状也无关。 3.转速对交变电流的影响：由e=NBSω sinω t可知， 当转速增大时，角速度也增大，使得感应电动势随之 增大，同时交变电流的变化也加快。
四、交变电流的图像
K K B A b d L c a k c
交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
五：交流发电机简介
五：交流发电机简介
（1）发电机的基本组成： ①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） ②用来产生磁场的磁极 （2）发电机的基本种类 ①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动） ②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）
．
解析:(1)因为导体棒做简谐运动，必定在AA′和 BB′中间的OO′速度最大，此时刻便是v=v0cosω t的 计时起点． 导体棒产生的感应电动势
e = Blv = Blv0 cos wt
Blv0 R u = iR = cos wt Rr
通过电阻R的电流
Blv0 e i= = cos wt Rr Rr
Байду номын сангаас
6. 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电 动势的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度 是100π rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路， 电路的总电阻为100Ω ，试写出通过负载的电流强度 的瞬时表达式、在t=1/120s时电流强度的瞬时值为 多少？ （3）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的 最大值、平均值分别是多少？ （4）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？
高中物理公式总结交变电流
高中物理公式总结：交变电流
交变电流（正弦式交变电流）
1.电压瞬时值e＝Emsinωt 电流瞬时值i＝Imsinωt；(ω＝2πf)
2.电动势峰值Em＝nBSω＝2BLv 电流峰值(纯电阻电路中)Im＝Em/R总
3.正(余)弦式交变电流有效值：E＝Em/(2)1/2；U＝Um/(2)1/2 ；I＝Im/(2)1/2
4.理想变压器原副线圈中的电压与电流及功率关系
U1/U2＝n1/n2； I1/I2＝n2/n2； P入＝P出
5.在远距离输电中,采用高压输送电能可以减少电能在输电线上的损失损′＝(P/U)2R；（P损′:输电线上损失的功率，P:输送电能的总功率，U:输送电压，R:输电线电阻）〔见第二册P198〕；
6.公式1、2、3、4中物理量及单位：ω:角频率(rad/s)；t:时间(s)；n:线圈匝数；B:磁感强度(T)；S:线圈的面积(m2)；U输出)电压(V)；I:电流强度(A)；P:功率(W)。
注:
(1)交变电流的变化频率与发电机中线圈的转动的频率相同即:ω电＝ω线，f电＝f线；
(2)发电机中,线圈在中性面位置磁通量最大,感应电动势为零,过中性面电流方向就改变；
(3)有效值是根据电流热效应定义的,没有特别说明的交流数值都指有效值；
(4)理想变压器的匝数比一定时,输出电压由输入电压决定,输入电流由输出电流决定，输入功率等于输出功率,当负载的消耗的功率增大时输入功率也增大，即P出决定P入；
(5)其它相关内容：正弦交流电图象〔见第二册P190〕/电阻、电感和电容对交变电流的作用
〔见第二册P193〕。
交变电流
交变电流一．交流电大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。
其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。
二．正弦交流电的变化规律线框在匀强磁场中匀速转动．1．当从图12—2即中性面．．．位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：即 e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωtωt 是从该位置经t 时间线框转过的角度；ωt 也是线速度V 与磁感应强度B 的夹角；。
是线框面与中性面的夹角2．当从图位置开始计时：则：e=εm cos ωt ， i ＝I m cos ωtωt 是线框在时间t 转过的角度；是线框与磁感应强度B 的夹角；此时V 、B 间夹角为（π/2一ωt ）．3．对于单匝矩形线圈来说E m =2Blv =BS ω； 对于n 匝面积为S 的线圈来说E m =nBS ω。
对于总电阻为R 的闭合电路来说I m =m E R三．几个物理量1．中性面：如图所示的位置为中性面，对它进行以下说明：（1）此位置过线框的磁通量最多．（2）此位置磁通量的变化率为零．所以 e=εm sin ωt=0， i ＝I m sin ωt=0（3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t 2，t 4时刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的方向改变两次，频率为50Hz 的交流电每秒方向改变100次．2．交流电的最大值：εm ＝B ωS 当为N 匝时εm ＝NB ωS（1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s （注意rad 是radian的缩写，round/s 为每秒转数，单词round 是圆，回合）．（2）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B 在同一直线上．（3）最大值对应图中的t 1、t 2时刻，每周中出现两次．3．瞬时值e=εm sin ωt ， i ＝I m sin ωt 代入时间即可求出．不过写瞬时值时，不要忘记写单位，如εm =2202V ，ω=100π，则e=2202sin100πtV ，不可忘记写伏，电流同样如此．4．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．（1）有效值跟最大值的关系εm =2U 有效，I m =2I 有效（2）伏特表与安培表读数为有效值．（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．5．周期与频率：交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率．单位1/秒为赫兹（Hz ）．i /A 3 Ot /s -60.2 0.3 0.5 0.6 【例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T ，边长L=10cm 的正方形线圈abcd 共100匝，线圈电阻r ＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO /匀速转动，角速度为ω＝2πrad ／s ，外电路电阻R ＝4Ω，求：（1）转动过程中感应电动势的最大值．（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600时的即时感应电动势．（3）由图示位置转过600角时的过程中产生的平均感应电动势．（4）交流电电表的示数．（5）转动一周外力做的功．（6）61周期内通过R 的电量为多少？【例2】磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示。
交变电流
交变电流一、交变电流的产生和变化规律1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。
2、正弦式电流：随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，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，电流也为0；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。
二、正弦式电流的变化规律(线框在匀强磁场中匀速转动)1.正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) Em=nBSω（对于单匝矩形线圈来说E m=2Blv=BSω；对于n匝面积为S的线圈来说E m=nBSω）（1）ωt是从该位置经t时间线框转过的角度也是线速度V与磁感应强度B的夹角还是线框面与中性面的夹角（2）当从平行B位置开始计时：则：E=εm cosωt，I＝I m cosωtωt是线框在时间t转过的角度；是线框与磁感应强度B的夹角；此时V、B间夹角为（π/2一ωt）．2.两个特殊位置的特点(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.3、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。
（1）周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
在一个周期内，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交变电流变化越快。
（3）关系：πω21==T f4、瞬时值、最大值、有效值和平均值基础填空 一.交变电流1．交变电流： 和 都随时间做________变化的电流叫交变电流，简称交流(AC)．方向变化为其主要特征． 2．正弦交变电流的产生(1)特点：按 变化的交变电流．(2)产生：将闭合矩形线圈置于 磁场中，并绕 于磁场方向的轴做______转动，线圈中就会产生正(余)弦交变电流．二、中性面1．定义：与磁感线 的平面叫做中性面．2．中性面特点：a ．线圈转到中性面时，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，两次经过中性面，线圈每经过 一次，电流的方向就改变一次．可以看出线圈转动一周，电流方向改变 次。
交变电流
交变电流1、交变电流：和随时间做周期变化的电流叫交变电流，简称交流（AC）。
其中电流随时间按规律变化的交变电流成为正弦交变电流。
直流（DC）：不随时间变化的电流。
其中和都不随时间变化的电流，称为恒定电流。
2、正弦交变电流的产生：当闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的发生变化，因而在线圈中就会产生感应电流。
线圈做周期性运动，在线圈中就产生了和都随时间变化的交变电流。
线圈产生的感应电动势大小公式：e= 。
公式中各物理量的意义。
线圈平面和磁场时，感应电流最小，线圈平面和磁场时，产生的感应电流最大。
3、描述交变电流的物理量：周期（T）：交变电流完成次周期变化（或线圈转动周）所用的时间，单位：。
频率（f）：交变电流在内完成周期性变化的次数。
单位：。
周期频率关系：。
正选交变电流的：瞬时值公式：电压；电流：；最大值公式：电压；电流：；有效值公式：电压；电流：。
4、电感和电容对交变电流的影响：电感器对交变电流有作用。
感抗：电感器对交变电流的大小，交流电的越高，感抗越大；系数越大，感抗越大。
电感器的应用：低频扼流圈，特点；高频扼流圈，特点。
电容器对交变电流的阻碍作用，容抗：电容器对交变电流大小。
容抗的大小跟电容大小有关，电容越小，容抗越；还和交流电的频率有关，频率越低，容抗越。
5、变压器：工作原理：利用原、副线圈的互感作用。
原线圈中通恒定电流，副线圈内感生电流；原线圈中通交变电流，副线圈内感生电流。
理想变压器，原、副线圈两端的电压跟他们的匝数成比，数学表达式为：。
理想变压器原线圈的输入功率（大于、小于、等于）副线圈的输出功率；利用这个关系可推导出，原、副线圈的电流和匝数的关系表达式：。
6、远距离输电：远距离输电过程中，在导线上有能量的，还有电压的损失，为有效的减小这些损耗，需采用（高、低）电压输电。
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第五章交变电流
第一节交变电流
【课程标准】
知道交变电流，能用函数表达式和图象描述交变电流。
【学习目标】
1.教师通过展示手摇式发电机发电，学生观察灯泡的亮度变化以及二极管发光现象，得出交变电流的概念。
2.教师展示发电机内部结构，学生观察、讨论交流从而建立发电机最简单物理模型。
3.在教师的引导下，学生画出这个特殊位置的平面图，通过小组讨论、交流总结得出磁通量、感应电动势及电流方向的变化情况。
4.在教师的引导下，学生分析所填写表格，发现电流变化的特点，从而得出中性面的概念。
5.在教师的引导下，学生独立完成教师所提出的几个问题，从而顺利得出感应电动势的瞬时表达式。
6.教师把示波器与发电机连接，学生观察示波器显示的不规则的正弦式电流图象，从而验证了理论推导的正确性。
【教学过程】
一．知识回顾
1、闭合回路中产生感应电流的条件是什么？
2、法拉第电磁感应定律的公式是什么？
3、导体棒切割磁感线产生的感应电动势计算公式是什么？
二．演示实验：手摇式发电机
实验观察现象，回答下列问题
1、小灯泡在闪烁，说明什么问题？
2、并联发光二极管间隔闪烁，说明什么问题？
三、构建物理模型
如图所示，线圈ABCD绕oo 逆时针匀速转动
四、交变电流的产生（磁通量、感应电动势、感应电流的变化）
1、请画出四个位置的平面图
2、完成下列表格（电动势和电流方向以ABCD方向为正）
思考3个问题
1、甲到乙和乙到丙这两过程中，电流方向变了没有？
2、既然没有发生变化，那么究竟是在哪些位置电流的方向即将发生变化？
3、这个位置有何特征？一周几次经过这个位置？
总结：中性面
五、理论推导感应电动势的瞬时表达式
题目：已知AB、CD宽L1，AD、BC长L2，线圈平面以角速度是 从与磁场垂直的位置开始转动，磁感应强度是B，求t时刻线圈中的感应电动势。
1、请画出t时刻的平面图；
2、线圈与中性面的夹角是多少？
3、ab边的速度多大？
4、ab边速度方向与磁场方向夹角多大？
5、ab边产生的感应电动势多大？
6、线圈中感应电动势多大？
7、若线圈匝数为N ，线圈感应电动势多大？
思考2：如果给交流发电机接上电阻为R 的电热丝，电路中的电流如何表示？则路端电压如何表示？
小结：交变电流的变化规律
六、实验验证
把示波器连接到发电机上，观察电压随时间的变化图象。
七、物理学史
特斯拉：交流电之父
特斯拉一生致力于全世界而不是为特定某个国家效力。
八、课后思考
1、如果从线框转动到垂直中性面的位置开始计时，t 时刻线框中产生的感应电动势的大小
又是多少呢？
2、我们能否从公式E N
t
∆Φ
=∆入手来推导感应电动势的瞬时表达式呢？
【课堂评价】
1、让一个蹄形磁铁靠近白炽灯，观察灯丝，可以看到什么现象？这是什么原因造成的？
2、.如下图所示图象中属于交流电的有( )
3、在线圈平面通过中性面时开始计时，在正弦交流电在一个周期内，关于线圈中的感应电
动势和感应电流，下列说法正确的是（）
A、方向改变一次，大小不断变化，出现一次最大值
B、方向改变两次，大小不断变化，出现一次最大值
C、方向改变一次，大小不断变化，出现两次最大值
D、方向改变两次，大小不断变化，出现两次最大值
4、一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转
动，线圈中的感应电动势随时间的变化如图所示，则下列说法
正确的是（）
A、ｔ1时刻通过线圈的磁通量为零
B、ｔ2时刻通过线圈的磁通量最大
C、ｔ3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大
D、当变化方向时，通过线圈的磁通量的绝对值最大
5、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=2 T，匝数n=6的矩形线圈abcd绕中心轴OO′匀
速转动，角速度ω=200 rad/s。
已知ab=0.1 m，bc=0.2 m，线圈的总电阻R=40Ω，试求：（1）感应电动势的最大值，感应电流的最大值；
（2）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；画出感应电流的瞬时值i随ωt变化的图象；
（3）设时间t=0时线圈平面与磁感线垂直，当ωt=30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？。