交变电流
交变电流
一、交变电流的概念
1、直流电流(DC) 、 流电流
方向不随时间变化的电流称为直流电。 方向不随时间变化的电流称为直流电。电池 供给的电流,大小和方向都不随时间变化, 供给的电流,大小和方向都不随时间变化,所以属 于直流. 于直流.
2、交变电流(AC) 、 变电流
A(B)
V⊥B ⊥
B
感应电流方向C到 感应电流方向 到D
中性面 线圈平面与磁感线垂直的位置 （1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最 线圈经过中性面时 穿过线圈的磁通量最 中性面 但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势 大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势 为零 （2）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通 ）线圈经过垂直中性面时，穿过线圈的磁通 量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电 量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中的电 动势为最大。 动势为最大。 线圈经过中性面时，电流将改变方向， （3）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线 圈转动一周 两次经过中性面 一周， 经过中性面， 圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变 两次
家庭电路中的电流, 家庭电路中的电流,大小和方向都随时间做周 期性变化,这样的电流叫做交变电流。 期性变化,这样的电流叫做交变电流。
二、交变电流的产生
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动
动 画 模 拟 : 交 流 发 电 机 的 原 理
交变电流产生示意图： 交变电流产生示意图：
假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图甲至乙。 假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图甲至乙。考虑下面几 个问题。 个问题。 1、图中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中电流向哪个 甲转到乙的过程中， 边中电流向哪个 、图中，在线圈由甲转到乙的过程中 方向流动？ 方向流动？ 2、在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流向哪个方向流 、在线圈由丙转到丁的过程中， 边中电流向哪个方向流 动？ 3、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时 、当线圈转到什么位置时线圈中没有电流， 线圈中电流最大? 线圈中电流最大 4、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过 、大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线， 经过 负载流向F的电流记为正 反之为负。 的电流记为正， 负载流向 的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达 丁几个位置时对应的时刻。 甲、乙、丙、丁几个位置时对应的时刻。
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(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
交变电流知识点的总结与归纳
交变电流知识点的总结与归纳交变电流（Alternating Current，AC）是我们日常生活和工业领域中常见的电力形式之一。
它的特点是电流方向和电压大小随时间变化，相较于直流电流（Direct Current，DC），交变电流在传输和分配电能时更加高效。
本文将深入探讨交变电流的各种知识点，以帮助你更全面、深刻地理解这一重要的概念。
第一部分：交变电流的基本概念1. 交变电流的定义交变电流是指电流方向和大小以周期性方式变化的电流。
它通常用正弦波形表示，其中电流方向在一个周期内正负变化。
正弦波是最常见的交变电流波形，其周期性变化让电能在长距离传输和分配时更加高效。
2. 交变电流的优势与直流电流相比，交变电流具有许多优势。
其中最重要的是能够轻松改变电压大小，而且在变压器中容易升压或降压，从而实现电能的高效传输和分配。
此外，交变电流能够通过变压器将电能从发电厂传输到消费者，而直流电流需要更复杂的转换设备。
3. 频率和周期交变电流的频率是指电流波形在一秒内完成的周期数，通常以赫兹（Hz）为单位。
在大多数国家，电力系统的标准频率是50或60赫兹。
频率与周期呈倒数关系，即频率越高，周期越短。
4. 交变电流的表示交变电流可以用不同的方式表示，包括正弦波、复数形式以及相位角。
正弦波是最常见的表示方式，它包括振幅、频率和初始相位。
复数形式使用复数表示电流，更适合在电路分析中使用。
第二部分：交变电流的特性和应用1. 交变电流的电压和电流关系在交变电流中，电压和电流之间存在相位差，这是电流波形相对于电压波形的延迟。
这个相位差对于分析电路中的电阻、电感和电容的行为非常重要。
2. 交变电流的功率交变电流电路中的功率可以分为有功功率和无功功率。
有功功率用于执行实际工作，而无功功率则用于维护电压和电流的相位关系。
功率因数是衡量有功功率和总功率之比的参数，对于有效利用电能非常重要。
3. 交变电流的应用交变电流在各种应用中广泛使用，包括家庭电力供应、工业生产、交通系统和通信设备。
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。
第1讲 交变电流的基本知识
第1讲 交变电流的基本知识一、正弦交流电的变化规律 1．正弦交变电流的产生：2．正弦交流电的电动势、电压和电流随时间的变化规律可用下列各式表示：⑴角频率ω等于线圈转动的角速度，且n f Tπππω222===。
⑵最大值 （N 为线圈匝数、S 为线圈面积）。
⑶从中性面位置开始计时。
平面线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面垂直于磁力线时，各边都不切割磁感线，线圈中感生电动势为零，这个位置叫中性面。
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，感生电动势为零。
线圈经过中性面时，内部电流方向要发生改变。
⑷交流电的变化规律及m E 与线圈的形状以及转动轴处于线圈平面内的位置无关。
3．正弦交变电流的图像：正余弦函数 二、表征交变电流的物理量⑴周期、频率 ⑵瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向，瞬时值是时间的函数，其关系如1中①②③式．⑶最大值：交流电的最大值反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面与磁感线平行时，交流电动势最大，S NB E m ω=，瞬时值与最大值的关系是m m E e E ≤≤-．⑷有效值．．．：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的．．．．．．．．．．．．，即在同一时间内，跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值叫该交流电的有效值．正弦交流电的有效值．．．．．．．．．与最大值的关系是： 222m m m II U U E E ===，， 交流电的有效值用得很广泛，交流电铭牌上标明的额定电压、额定电流是指有效值，不加特别说明时，交流电流、电压、电动势均指有效值．⑸平均值：交流电的平均值其数值可用tn E ∆∆Φ=计算。
某段时间内交流电的平均值一般不等于这段时间始、终时刻瞬时值的算术平均值。
[典型例题与基本方法]例1：是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的A.周期是0.01SB.最大值是311VC.有效值是220VD.表达式为U=220sin100πt（V）例2：一个匝数为n、面积为S的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动的过程中，线圈中感应电动势e随时间t的变化关系如图所示，感应电动势最大值与周期均可从图中读出。
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交变电流
教学目标：
1．了解交变电流的产生过程；
2．定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量；
3．知道交流能通过电容器的原因，了解交流这一特性在电子技术中的应用。
4．初步了解发电机、交变电流的确发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。
教学重、难点：交流有效值的概念。
教学过程：
引入新课：
19世纪初，蒸汽机改变了自古以来依靠人力、畜力的生产形态。
蒸汽动力推动着火车和船队，加快了不同国家、不同民族的物质流通和交流。
法拉第电磁感应定律的发现，激励着一批科学家和工程师进机械能转变为电能的探索。
他们设想厂房中巨型发电机发出的电也许会比蒸汽动力
新课进行：
1．交流发电机
（1）发电机的构造：
由定子和转子组成。
在发电机内固定不动的部分叫定子，能够连
续转动的部分叫转子。
（2）原理：线圈相对于磁场绕垂直于磁场的轴转动产生电流。
如图
所示。
磁体转动（磁体是转子），而线圈不动（线圈是定子）的发电机叫
旋转磁极式发电机。
线圈转动（线圈是转子），而磁体不动（磁体是定子）的发电机叫
旋转电枢式发电机。
演示实验：手摇交流发电机
转动摇把，可以看到灯泡被点亮，在转动中，灯泡的亮度
有什么变化？电流表的示数有什么变化？
（3）交变电流：大小、方向随时间做周期性的变化的电流叫交变电流（alternation current），简称交流电(AC)。
只沿一个方向流动的电流叫直流电（direct current，DC）。
2．交流电的变化规律
演示实验：用示波器观察交流电变化的规律。
（1）电网中交流电变化的规律：
电流、电压随时间按正弦函数的规律变化，叫正弦式电流（sinusoidal current）.
正弦式电流在某一时刻的电流、电压可以表示为：
i=I m sinωt，u=U m sinωt
（2）用函数图象表示:
（2）描述交变电流的物理量：
①峰值(peak value)：矩形线圈在匀强
磁场中匀速转动，当线圈与磁感线平行时，
电压达到最大值。
②交变电流的周期和频率
i)交变电流的周期(period)：交流电完成一次周期性变化所需要的时间为交流电的周期，代表符号是T，单位：秒s；
ii)交变电流的频率(frequency：单位时间内完成的周期性变化的次数为交流电的频率，代表符号是f，单位:赫兹，简称赫Hz；
iii)交流电的角频率(角速度)：产生交流电的线圈在单位时间内转过的角度为角频率，代表符号是ω，单位：弧度/秒rad/s；
它们之间的关系是：f=1/T，ω=2πf=2π/T
交流电的周期和频率都由线圈转动的周期和频率决定。
线圈转一周，交流电完成一次周期性变化。
我国市电周期为0.02s，频率为50Hz。
交流电的周期和频率都是描述交流电变化快慢的物理量.
③有效值(effective value)：
i)根据电流的热效应规定的，把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间时它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、直流的数值叫做交流电压、电流的有效值。
ii)正弦式交变电流的有效值与峰值间的关系：
m m e U U U 707.02
≈=
，m m e I I I 707.02
≈=
iii)在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有效值。
“交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值； 交流电流表和交流电压表测得的读数是有效值． 保险丝的熔断电流指交流电的有效值。
对于交变电流，若没有特殊说明的均指有效值．”
3．交变电流能够通过电容器：
交变电流能够通过电容器的实质是电容器的充、放电的过程。
电容对交变电流的作用：“通交流、隔直流；通高频、阻低频”
例题1 在电子技术中，从某一装置输出电流常常既有交流成分，又有直流成分。
如果只需要把交流成分输送到下一级装置，只要在两级电路之间拉入一个电容器就可以了。
电容器应并联还是串联接入电路？下图所示的接法对吗？为什么？ 这里的电容器叫做隔直电容器
例题2 在电子技术中，从某一装置输出电流常常既有高频成分，又有低频成分。
如果只需要把低频成分输送到下一级装置，只要在下一级电路的输入端并联一个电容器就可以达到目的。
请说明它的工作原理。
具有这种用途的电容器叫做高频旁路电容器
问题：收音机中的音量控制电路部分如图所示，调节滑动变阻器的滑臂P ，可控制扬声器的音量。
但收音机直接接收到的信号，既有高频信号，又有低频信号，而扬声器所需的音频信号是低频信号。
为此，需要用电容器C 1、C 2滤去直流和高频部分。
根据电容器容抗的性质，试确定C 1、C 2应分别用电容较大的，还是较小的。
答案：C 1用大电容，C 2用小电容。
前级输出
前级输出
教后记。