61：正弦交变电流的函数表达式
正弦式交变电流的描述
第 1 页 共 1 页 正弦式交变电流的描述
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 ＝2πω
. (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 ＝1f 或f ＝1T
. 2．正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)
(1)电动势e 随时间变化的规律：e ＝E m sin ωt ，其中ω等于线圈转动的角速度，E m ＝nBSω.
(2)负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝U m sin ωt .
(3)电流i 随时间变化的规律：i ＝I m sin ωt .
3．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(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值，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 ＝E m 2，U ＝U m 2，I ＝I m 2
. 深度思考 如图3甲、乙、丙、丁、戊所示，把5个面积相同的线圈放入同一匀强磁场中，绕不同的轴转动，在转动过程中感应电动势的最大值是否相同？为什么？
图3
答案 相同，因为感应电动势的最大值E m ＝nBSω，
与转轴的位置无关，与线圈的形状无关．。
【精品】北京高考第二轮综合专题复习----交变电流专题复习
高考综合复习——交变电流专题复习总体感知知识网络ﻫﻫ考纲要求内容要求交变电流、交变电流的图象正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值理想变压器远距离输电IﻫＩﻫII命题规律ﻫ 1.从近五年的高考试题可以看出,本专题内容考查的知识点不是很多，一般以难度中等或中等偏下的考题出现。
通常是选择题。
ﻫ 2．重点考查交流电的产生原理、图象、表达式以及交流电的有效值、变压器的原理、远距离输电中线路损耗问题。
其中考查频率较高的是交流电有效值、变压器的有关知识。
3.这部分知识常与电场和力学知识结合在一起考查学生的综合分析能力，如带电粒子在交变电场中的运动等。
ﻫ 4．交流电路与工农业生产和日常生活紧密结合,在近几年的高考中出现的频率较高。
预计在今后的高考中本专题高考的热点仍是交变电流四值的计算以及变压器的原理和应用,还有涉及民生的远距离输电等。
ﻫ但从新课标地区题型的涉及和安排来看，本专题出大型计算题的可能性不大，应以选择题为主，但不排除与其他专题的知识点结合出综合性的题目。
ﻫﻫ复习策略1．要注意区分瞬时值、有效值、最大值、平均值（１）瞬时值随时间做周期性变化,表达式为。
ﻫ (2)有效值是利用电流的热效应定义的,即如果交流电通过电阻时产生的热量与直流电通过同一电阻在相同时间内产生的热量相等，则直流电的数值就是该交流电的有效值。
(３)最大值用来计算，是穿过线圈平面的磁通量为零时的感应电动势。
（4)平均值是利用来进行计算的,计算电量时用平均值。
ﻫ2．理想变压器的有关问题,要注意掌握电流比的应用,当只有一原一副时电流比,当理想变压器为一原多副时,电流比关系则不适用,只能利用输入功率与输出功率相等来进行计算。
第一部分交变电流的产生和描述知识要点梳理ﻫ知识点一——交变电流的产生及变化规律ﻫ▲知识梳理ﻫ1．交变电流的定义大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流。
２.正弦交变电流随时间按正弦规律变化的交变电流叫做正弦交变电流，正弦交变电流的图象是正弦曲线。
正弦电流表达式
正弦电流表达式
正弦电流是指电流随时间变化呈正弦形态的电流。
正弦电流是一种交流电流，它的波形是一个正弦曲线，包括正弦电压和正弦电流。
正弦电流的周期为2π，频率为1/T，其中T为周期时间。
在电路中，正弦电流是非常常见的，例如家庭中的电源就是交流电源，它提供的电流就是正弦电流。
正弦电流的特点是具有周期性和正弦性，这使得它在电路中具有很好的稳定性和可控性。
正弦电流的表达式可以用公式表示为：i = Imsin(ωt + φ)，其中i 表示电流，Im表示电流的峰值，ω表示角频率，t表示时间，φ表示初相位。
正弦电流的峰值是指电流波形中的最大值，一般用Im表示。
角频率ω表示在一个周期内，电流的相位变化量，常用单位为弧度/秒。
初相位φ表示电流波形的起始相位，一般用弧度表示。
在电路中，正弦电流常常需要与电阻、电感、电容等元件配合使用，以实现电路的各种功能。
例如，正弦电流在电感元件中可以产生电磁感应，从而实现电路中的变压、变流、滤波等功能；在电容元件中则可以实现电路的储能、放电等功能。
正弦电流的应用非常广泛，例如在家庭电器中，电视机、洗衣机、冰箱等都需要正弦电流才能正常工作。
在工业生产中，交流电机、
变压器、电焊机等也需要正弦电流来驱动或供电。
正弦电流是一种非常重要的电流形式，它在电路中具有很好的稳定性和可控性，广泛应用于各种电气设备和系统中，是电气工程中的基础知识之一。
交变电流的产生和描述 经典教案
交变电流的产生和描述知识点一 交变电流、交变电流的图象 1．交变电流(1)定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流． (2)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流． 2．正弦式交变电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线．如图甲、乙、丙所示．知识点二 正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 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 ＝2πω. (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 ＝1f 或f ＝1T.2．正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时) (1)电动势e 随时间变化的规律：e ＝E m sin ωt .(2)负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝U m sin ωt .(3)电流i 随时间变化的规律：i ＝I m sin ωt .其中ω等于线圈转动的角速度，E m ＝nBSω. 3．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(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值，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．对正弦式交变电流，其有效值和峰值的关系为：E ＝E m 2，U ＝U m 2，I ＝I m2.【 基础自测】1．匀强磁场中有一长方形闭合导线框，分别以相同的角速度绕图a 、b 、c 、d 所示的固定转轴旋转，用I a 、I b 、I c 、I d 表示四种情况下线框中电流的有效值，则( D )A ．I a >I dB ．I a >I bC ．I b >I cD ．I c ＝I d解析：由题意可知，无论转轴在中心，还是在一边，还是在其他位置，转动切割磁感线的线框面积不变，根据E m ＝nBSω，知线框感应电动势的最大值是相同的，因此四种情况下，线框产生感应电动势的瞬时表达式相同，即为e ＝E m sin ωt ，由闭合电路欧姆定律可知，感应电流瞬时表达式也相同，即为i ＝I m sin ωt ，则感应电流的最大值I m 、感应电流的有效值I m2均相同，故D 项正确，A 、B 、C 项错误．2.如图所示，直线OO ′的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场B 1，右侧有垂直纸面向里的匀强磁场B 2，且B 1>B 2，一总阻值为R 的导线框ABCD 以OO ′为轴做角速度为ω的匀速转动，导线框的AB 边长为l 1，BC 边长为l 2.以图示位置作为计时起点，规定导线框内电流沿A →B →C →D →A 流动时为电流的正方向．则下列图象中能表示线框中感应电流随时间变化的是( A )解析：回路中的感应电动势为e ＝e 1＋e 2＝B 1l 2ω·l 12sin ωt ＋B 2l 2ω·l 12sin ωt ＝(B 1＋B 2)l 1l 2ω2sin ωt ，则电流为i ＝(B 1＋B 2)l 1l 2ω2R·sin ωt ，故A 项正确，B 、C 、D 项错误．3．长为a 、宽为b 的矩形线框有n 匝，每匝线圈电阻为R ，如图所示，对称轴MN 的左侧处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，第一次将线框从磁场中以速度v 匀速拉出；第二次让线框以ω＝2vb的角速度转过90°角．那么( D ) A ．通过导线横截面的电量q 1q 2＝1nB ．通过导线横截面的电量q 1q 2＝12C ．线框发热功率P 1P 2＝2n 1D ．线框发热功率P 1P 2＝21解析：根据法拉第电磁感应定律，得出感应电动势E ＝n ΔΦΔt ，结合闭合电路欧姆定律I ＝EnR 与电量表达式q ＝It ，即可解得电量q ＝ΔΦR，虽然两次的运动方式不同，但它们的磁通量的变化量相同，因此它们的电量之比为11，故A 、B 项错误；瞬时感应电动势E ＝BL v ，则感应电流的大小之比即为感应电动势大小之比，E 1＝nBa v ，第二次产生的感应电动势如图所示：最大值E 2m ＝nBa b 2ω，有效值E 2＝E 2m 2，再根据线框的发热功率P ＝E 2nR ，可知线框发热功率P 1P 2＝21，故C 项错误，D项正确．4．三个相同的电阻，分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I 0和周期T 相同．下列说法中正确的是( C )A ．在相同时间内三个电阻发热量相等B ．在相同时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍C ．在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的12D ．在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小解析：甲的有效值为：I ＝I 02，由Q ＝I 2Rt 可知一个周期内甲的发热量为：Q 1＝I 20RT 2；乙前、后半个周期电流大小相等，故其发热量为：Q 2＝I 20RT ；丙只有前半个周期有电流，故其发热量为：Q 3＝I 20R ×12T ＝I 20RT 2；故可知在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的12，故C 项正确．知识点一 交变电流的产生和描述1．正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (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，ΔΦΔt＝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，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次．(4)交变电动势的最大值E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关． 2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)1．[交变电流的产生]如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(A)A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d→aD．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力解析：绕圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故A对，B、D错；图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a，故C错．2．[交变电流的图象](多选)如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示．以下判断正确的是(AC)A．电流表的示数为10 AB．线圈转动的角速度为50π rad/s C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左解析：电流表的示数为交变电流的有效值10 A，A项正确；由ω＝2πT可得，线圈转动的角速度为ω＝100π rad/s，B项错；0.01 s时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，C项正确；根据楞次定律可得，0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右，D项错．3．[交变电流的瞬时表达式](2019·吉林质检)边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动，转速为n，线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，图象中Φ0为已知．则下列说法正确的是(D)A．t1时刻线圈中感应电动势最大B．t2时刻线圈中感应电流为零C．匀强磁场的磁感应强度大小为Φ0 Na2D．线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝2NπΦ0n cos2πnt解析：t1时刻线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电动势为0，A 项错误；t2时刻线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，根据法拉第电磁感应定律可知此时线圈中感应电流为最大值，B项错误；磁通量与线圈匝数无关，根据磁通量的定义可得Φ0＝Ba2，B＝Φ0a2，C项错误；线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝NBSωcosωt＝2NπΦ0n cos2πnt，D项正确．知识点二有效值的理解与计算1．有效值的理解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．对于正弦交流电，其有效值和峰值的关系为E＝E m 2，U＝U m2，I＝I m2.2．有效值的计算(1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解．(2)利用两类公式Q＝I2Rt和Q＝U2R t可分别求得电流有效值和电压有效值．(3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中的从零(或最大值)开始的14周期整数倍的部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I m＝2I、U m＝2U求解．3．几种典型的交变电流的有效值4．[正弦式交变电流的有效值]电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示．则(B)A ．通过R 1的电流有效值是65 AB ．R 1两端的电压有效值是6 VC ．通过R 2的电流最大值是65 2 AD ．R 2两端的电压最大值是6 2 V解析：首先从交变电流图象中找出交变电流的最大值即为通过R 2的电流的最大值，为35 2 A ，由正弦交变电流最大值与有效值的关系I m ＝2I ，可知其有效值为0.6 A ，由于R 1与R 2串联，所以通过R 1的电流的有效值也是0.6 A ，A 、C 错误；R 1两端电压的有效值为U 1＝IR 1＝6 V ，B 正确；R 2两端电压的最大值为U m2＝I m R 2＝352×20 V ＝12 2 V ，D 错误． 5．[部分缺失的正弦式交变电流的有效值]如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为( D )A ．U m B.U m2 C.U m3D.U m2解析：由题给图象可知，交流电压的变化规律具有周期性，用电流热效应的等效法求解．设电灯的阻值为R ，正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U ＝U m2，由于一个周期内半个周期有交流电压，一周期内交流电产生的热量为Q ＝⎝⎛⎭⎫U m 22R t ＝U 2m 2R ·T 2，设交流电压的有效值为U ，由电流热效应得Q ＝U 2m 2R ·T2＝U 2R ·T ，所以该交流电压的有效值U ＝U m 2.选项D 正确． 6．[方形波的有效值]通过一阻值R ＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s ．电阻两端电压的有效值为( B )A ．12 VB ．410 VC ．15 VD ．8 5 V解析：根据图象，一个周期T ＝1 s ，设该交变电流的有效值为U,0～0.4 s 的时间间隔为t 1＝0.4 s,0.4～0.5 s 的时间间隔t 2＝0.1 s ，根据电流的热效应，由2(I 21Rt 1＋I 22Rt 2)＝U 2R·T ，解得U ＝410 V ，B 正确．知识点三交变电流“四值”的理解和应用对交变电流“四值”的比较和理解典例小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示．矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()A．峰值是e0B．峰值是2e0C ．有效值是22Ne 0D ．有效值是2Ne 0【审题关键点】 矩形线圈ab 边和cd 边切割磁感线的方向相反，故产生的感应电动势的方向相反，但对于感应电流的方向在闭合电路中，所以产生感应电流的方向相同．【解析】 由题意可知，线圈ab 边和cd 边产生的感应电动势的最大值都为e 0，因此对于单匝矩形线圈总电动势最大值为2e 0，又因为发电机线圈共N 匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne 0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为2Ne 0，故A 、B 错误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关系可知，U ＝U m2，即U ＝2Ne 0，故C 错误，D 正确． 【答案】 D7．(多选)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A ．那么( AC )A ．线圈消耗的电功率为4 WB ．线圈中感应电流的有效值为2 AC ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2πT tD ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin 2πTt解析：由图中位置开始计时，电流瞬时值i ＝I m cos ωt ，转过60°时，I m cos60°＝1 A ，解得I m ＝2 A ，有效值I ＝22A ＝ 2 A ，故选项B 错误；消耗功率P ＝I 2R ＝4 W ，故选项A 正确；感应电动势的最大值E m ＝I m ·R ＝4 V ，所以e ＝E m cos ωt ＝4cos 2πT ·t ，故选项C 正确；磁通量Φ＝Φm sin2πT ·t ，而E m ＝BSω＝Φm ω＝Φm 2πT ，解得Φm ＝E m T 2π＝2T π，所以Φ＝2T π·sin 2πTt ，故选项D 错误． 8.如图所示，N ＝50匝的矩形线圈abcd ，ab 边长l 1＝20 cm ，ad 边长l 2＝25 cm ，放在磁感应强度B ＝0.4 T 的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO ′轴以n ＝3 000 r/min 的转速匀速转动，线圈电阻r ＝1 Ω，外电路电阻R ＝9 Ω，t ＝0时线圈平面与磁感线平行，ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里．求：(1)t ＝0时感应电流的方向； (2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量．解析：(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s图示位置的感应电动势最大，其大小为E m＝NBl1l2ω代入数据得E m＝314 V感应电动势的瞬时值表达式e＝E m cosωt＝314cos100πt (V)．(3)电动势的有效值E＝E m 2线圈匀速转动的周期T＝2πω＝0.02 s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W＝I2(R＋r)T＝E2R＋r·T，代入数据得W≈98.6 J.(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量q＝NΔΦ(R＋r)ΔtΔt＝NBΔSR＋r＝NBl1l2R＋r代入数据得q＝0.1 C.答案：(1)感应电流方向沿adcba(2)e＝314cos100πt V(3)98.6 J(4)0.1 C交变电流瞬时表达式的书写问题1．确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式E m＝nBSω求出相应峰值．2．明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．(1)若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为i＝I m sinωt.(2)若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为i＝I m cosωt.9．图甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线ab 和cd分别用它们的横截面来表示．已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；(3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其他电阻均不计)解析：(1)矩形线圈abcd 在磁场中转动时，只有ab 和cd 切割磁感线，且转动的半径为r ＝L 22，设ab 和cd 的转动速度为v ，则v ＝ω·L 22在t 时刻，导线ab 和cd 因切割磁感线而产生的感应电动势均为E 1＝BL 1v ⊥由图可知v ⊥＝v sin ωt则整个线圈的感应电动势为e 1＝2E 1＝BL 1L 2ωsin ωt .(2)当线圈由图丙位置开始运动时，在t 时刻整个线圈的感应电动势为e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)．(3)由闭合电路欧姆定律可知I ＝E R ＋r这里E 为线圈产生的电动势的有效值E ＝E m 2＝BL 1L 2ω2 则线圈转动一周在R 上产生的焦耳热为Q R ＝I 2RT其中T ＝2πω于是Q R ＝πRω⎝⎛⎭⎫BL 1L 2R ＋r 2. 答案：(1)e 1＝BL 1L 2ωsin ωt (2)e 2＝BL 1L 2ωsin(ωt ＋φ0)(3)πRω⎝⎛⎭⎫BL 1L 2R ＋r 2。
交变电流电磁场和电磁波
交变电流电磁场和电磁波、正弦交变电流1. 正弦交变电流的产生当闭合线圈由中性面位置（图中 0102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：e=E m sin ®t ，其中E m =nBS ®。
这就是正弦交变电流。
2. 交变电流的有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电 阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有 效值。
⑴只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的 42 /2倍。
⑵通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额 定电流；保险丝的熔断电流等都指有效值。
（电容器的耐压值是交流的最大值。
）3•正弦交变电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别。
以电动势为例：最大值用 E m 表示，有效值用E 表示，瞬时值用e 表示，平均值用E 表示。
它们的关系为：E=E m / . 2，e=E m Sin ® t 。
平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：E n —。
特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，千万不t可混淆。
生活中用的市电电压为220V ，其最大值为220 2 V=311V （有时写为310V ），频率 为50H z ,所以其电压即时值的表达式为 u=311sin314tV 。
例1.交流发电机的转子由 B // S 的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V ，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为 ______ V 。
例2.通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。
求该交流电的有效值 例3.交流发电机转子有n 匝线圈，每匝线圈所围面积为 S,匀强磁场 的磁感应强度为B ，匀速转动的角速度为3,线圈内电阻为r ，外电路 电阻为R 。
物理选修_3-2知识点与考点
选修3-2考点电磁感应现象Ⅰ只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，如果电路不闭合只会产生感应电动势。
这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，是1831年法拉第发现的。
感应电流的产生条件Ⅱ1、回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化，因此研究磁通量的变化是关键，由磁通量的广义公式中φθ=B S ·sin （θ是B 与S 的夹角）看，磁通量的变化∆φ可由面积的变化∆S 引起；可由磁感应强度B 的变化∆B 引起；可由B 与S 的夹角θ的变化∆θ引起；也可由B 、S 、θ中的两个量的变化，或三个量的同时变化引起。
2、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，可以产生感应电动势，感应电流，这是初中学过的，其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。
3、产生感应电动势、感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。
法拉第电磁感应定律 楞次定律Ⅱ①电磁感应规律：感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定。
ε=BLv ——当长L 的导线，以速度v ，在匀强磁场B 中，垂直切割磁感线，其两端间感应电动势的大小为ε。
如图所示。
设产生的感应电流强度为I ，MN 间电动势为ε，则MN 受向左的安培力F BIL =，要保持MN 以v 匀速向右运动，所施外力F F BIL '==，当行进位移为S 时，外力功W BI L S BILv t ==···。
t 为所用时间。
而在t 时间内，电流做功W I t '=··ε，据能量转化关系，W W '=，则I t B I L v t ···ε=。
∴ε=BIv ，M 点电势高，N 点电势低。
此公式使用条件是B I v 、、方向相互垂直，如不垂直，则向垂直方向作投影。
εφ=n t·∆∆， 公式 εφ=n t ∆∆/。
注意: 1)该式普遍适用于求平均感应电动势。
专题11 电路 高考物理热点难点专题突破(原卷版)
专题11 电路一、闭合电路的欧姆定律1.闭合电路欧姆定律的表达形式①E=U外+U内;②I=(I、R的关系);③U=E-Ir(U、I的关系);④U=E(U、R的关系)当外电路断开时(I=0),路端电压等于电动势。
而这时用电压表去测量时,读数却应该略小于电动势(有微弱电流)。
当外电路短路时(R=0,因而U=0),电流最大值I m=(一般不允许出现这种情况,会把电源烧坏)。
2.电源的功率和效率①电源的功率(电源的总功率)P E=EI=P出+P内;②电源的输出功率P出=UI ;③电源内部消耗的功率P r=I2r;×100%=×100%。
④电源的效率η=出总二、正弦式交变电流的表达式和“四值”1.正弦式交变电流的函数表达式线圈在中性面位置开始计时,其中ω等于线圈转动的角速度,E m=nBSω。
(1)电动势e随时间变化的规律:e=E m sin ωt。
(2)负载两端的电压u随时间变化的规律:u=U m sin ωt。
(3)电流i随时间变化的规律:i=I m sin ωt。
2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值。
(2)峰值:交变电流的电流或电压所能达到的最大值。
(3)有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫作交变电流的有效值。
对正弦交流电,其有效值和峰值的关系为E=,U=,I=。
(4)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。
三、理想变压器和远距离输电1.理想变压器的基本关系(1)功率关系:P入=P出。
(2)电压关系:只有一个副线圈时,=;有多个副线圈时,===…。
(3)电流关系:只有一个副线圈时,=。
由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+…,得到n1I1=n2I2+n3I3+…。
2.远距离输电(1) 输电过程(2)输送电流:①I=;②I=-。
(3)输电导线上的能量损失主要是由输电导线的电阻发热造成的,表达式为Q=I2Rt。
2022年高考物理(新课标)总复习配套讲义：第63课时 交变电流的产生与描述 Word版含解析
第63课时交变电流的产生与描述(双基落实课)[命题者说]本课时内容是交变电流的基础学问，包括交变电流的产生与变化规律、交变电流的有效值、交变电流的“四值”的应用等，其中交变电流的有效值、图像等是高考的热点，虽然很少单独考查，但在相关类型的题目中经常涉及。
一、交变电流的产生与变化规律1.正弦式交变电流的产生和图像(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)图像：用以描述交变电流随时间变化的规律，假如线圈从中性面位置开头计时，其图像为正弦曲线。
如图甲、乙所示。
2．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＝2πω。
(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＝1 f。
3．正弦式交变电流的函数表达式(线圈从中性面开头计时) (1)电动势e＝E m sin ωt＝nBSωsin_ωt。
(2)电流i＝I m sin_ωt＝E mR＋rsin ωt。
(3)电压u＝U m sin_ωt＝E m RR＋rsin ωt。
[小题练通]1．(2021·惠州模拟)如图甲所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一矩形单匝线圈，其面积为S，总电阻为r，线圈两端外接一电阻R和一个抱负沟通电流表。
若线圈绕对称轴OO′以角速度ω做匀速转动，图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像，下列说法正确的是()A．在t1～t3时间内，穿过线圈平面的磁通量的变化量为BSB．在t3～t4时间内，通过电阻R的电荷量为BSRC．在t3时刻穿过线圈平面的磁通量的变化率为2BSωD．在t3时刻电流表的示数为BSω2(R＋r)解析：选D由题图可知，在t1和t3时刻穿过线圈平面的磁通量大小为BS，方向相反，则在t1～t3时间内穿过线圈平面的磁通量的变化量为2BS，A错误；在t3～t4时间内，磁通量的变化量为BS，则平均电动势E＝BSΔt，因此通过电阻R的电荷量为q＝ER＋r·Δt＝BSΔt(R＋r)Δt＝BSR＋r，故B错误；在t3时刻电动势E＝BSω，则由法拉第电磁感应定律，E＝ΔΦΔt可知，则穿过线圈的磁通量变化率为BSω，故C错误；在t3时刻电流表的示数为交变电流的有效值，则有I＝E2(R＋r)＝BSω2(R＋r)，故D正确。
正弦式交变电流e=NBSωsinωt的推导
正弦式交变电流e＝NBSωsinωt的推导
作者：常水星
来源：《学校教育研究》2020年第06期
方法（Ι）
若线圈平面从中性面开始转动，如图所示，经过时间t：
（1）线圈转过的角度为ωt;
（2）ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt;
（3）ab边转动的线速度v=ωL╱2
（4）ab边产生的感应电动势：e=BLvsinθ=
BSω（sinωt）╱2;其中S为线圈的面積。
（5）整个线圈产生的感应电动势2e=BSωsinωt，（有串联的两条边皆产生大小为e的电动势）;（6）若线圈匝数为N，则总电动势为e'=N×2e=NBSωsinωt
方法（ⅱ）
（1）若线圈平面从中性面开始转动，中性面时，磁通量最大φ'=BS;
（2）当线圈转过角度为wt时，将线圈平面的投影到中性面上S'=Scosωt，则此时的磁通量为φ''=BScosωt;
（3）根据法拉第电磁感应定律，瞬时电动势等于磁通的变化率，只需将φ''求导，所以e'=（φ''）'=-BSωsinωt（负号表示电动势方向）
（4）若线圏的匝数为N，则总电动势大小为e=N×e'=NBSωsinωt。
2024高考物理一轮复习--交变电流的产生和描述
交变电流一、交变电流的产生规律1．正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
(2)两个特殊位置的特点：①线圈平面与中性面重合时，S ①B ，Φ最大，ΔΦΔt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变。
①线圈平面与中性面垂直时，S ①B ，Φ＝0，ΔΦΔt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变。
(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。
(4)交变电动势的最大值E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关。
2．产生正弦交流电的四种其他方式 (1)线圈不动，匀强磁场匀速转动。
(2)导体棒在匀强磁场中做简谐运动。
(3)线圈不动，磁场按正弦规律变化。
(4)在匀强磁场中导体棒的长度与时间成正弦规律变化。
3．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)4．书写交变电流瞬时值表达式的步骤(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式E m ＝nωBS 求出相应峰值。
(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。
①线圈从中性面位置开始计时，则i －t 图像为正弦函数图像，函数表达式为i ＝I m sin ωt 。
①线圈从垂直于中性面的位置开始计时，则i －t 图像为余弦函数图像，函数表达式为i ＝I m cos ωt 。
二、交变电流有效值的求解方法1．有效值的规定交变电流、恒定电流I 直分别通过同一电阻R ，在交流电的一个周期内产生的焦耳热分别为Q 交、Q 直，若Q 交＝Q 直，则交变电流的有效值I ＝I 直(直流有效值也可以这样算)． 2．有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值； (3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流指的是有效值； (4)没有特别加以说明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的2倍”仅适用于正(余)弦式交变电流． 3．有效值的计算(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间(周期整数倍)”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解．(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量． (3)利用两个公式Q ＝I 2Rt和Q ＝U 2Rt 可分别求得电流有效值和电压有效值．(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的14周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和12周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I ＝I m 2、U ＝U m2求解．4．几种典型交变电流的有效值三、交变电流“四值”的理解和计算交变电流“四值”的比较四、针对练习1、如图所示，一矩形线圈的面积为S ，匝数为N ，电阻为r ，处于磁感应强度大小为B 的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OO ′以角速度ω匀速运动。
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个性化辅导讲义
学生： 科目： 物理 第 阶段第 次课 教师： 孟德山 考点1：正弦交变电流的函数表达式
u=U m sinωt
i=I m sinωt 课 题 61：正弦交变电流的函数表达式
教学目标 学会如何描述 正弦交流电
理解 各物理量的关系
重点、难点
如何描述 正弦交流电
实际运用中 明确区分 有效值 峰值和平均值
考点及考试要求 明确区分 有效值 峰值和平均值
教学内容
知识框架
表征交变电流的物理量
（1）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，不同时刻瞬时值不同。
正弦交流电瞬时值的表达式为
e=E m sin ωt
U=U m sin ωt
（2）最大值：交流电的最大值反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面与磁力线平行时，交流电动势最大，E m ＝NBS ω，瞬时值与最大值的关系是：－E m ≤e ≤E m 。
（3）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，叫做该交流电的有效值，正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是：
E=E m / U=U m / I=I m /
各种交流电电气设备上所标的、交流电表上所测得的以及在叙述中没有特别加以说明的交流电的最大值，都是指有效值。
（4）平均值：交流电的平均值是交流电图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，用e=n ΔΦ／Δt 计算
（5）表征交变电流变化快慢的物理量
①周期T ：电流完成一次周期性变化所用的时间。
单位：s .
②频率f ：一秒内完成周期性变化的次数。
单位：H Z .
③角频率ω：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。
单位：rad/s.
④角速度、频率、周期的关系 ω=2πf=2π/T
典型例题
例1、图5－2－1表示一交变电流随时间变化的图象。
此交变电流的有效值是：（）
A.5安
B.5安
C.3.5安
D. 3.5安
解析:许多同学对交变电流有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交变电流的最大值是有效值的倍的关系，直接得出有效值.由图象知该交变电流不是正弦交流电，因此不能套用I=I m/公式求，必须从有效值的定义考虑。
设该交变电流的有效值为I，通过电阻R，在一个周期时间内产生的热量为Q，则Q=I2RT。
题中的交流电通过相同电阻R在一个周期内产生的热量为Q′，则
Q=I12RT/2 +I22RT/2
因Q=Q′，有I2RT= I12RT/2 +I22RT/2
∴I=5（安）故选项B正确。
例2、如图5－2－2所示，在匀强磁场中有一个“冂”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感强度B=5/πT，线框的CD边长为20cm.CE、DF长均为10cm，转速为50r/s，若从图示位
置开始计时，
（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）若线框电阻r=3,再将AB两端接“6V，12W”灯泡，小灯泡能否正常发光？若不能，小灯泡实际功率多大？
解析：（1）注意到图示位置磁感线与线圈平面平行，瞬时值表达式应为余弦函数，先出最大值和角频率：
ω=2πn=100πrad/s
E m=BSω=5/π×0.2×0.1×100π=10(V)
所以电动势瞬时表达式应为：e=10cos100πt(V)。
（2）小灯泡的电阻为R=U
额2／Ｐ
额
＝62/12=3Ω，
先求出交变电流电动势有效值E=E m/=10(V)
此后电路可看成恒定电流电路，由于R=r, U=E m/2=5V，小于额定电压，故小灯泡不能正常发光。
其实际功率是p=U2/R=52/3=25/3=8.3(W)
拓展：在交流电路中，计算交流的发热功率及热量必须用有效值。
另外，交流电表的读数也为有效值。
但在计算流过电路中的电量时用电流平均值计算，即：
q=i×Δt=（NΔΦ/RΔt）×Δt=NΔΦ/R。
例3、将电阻为r的直导线abcd沿矩形框架边缘加以弯曲，折成“п”形，其中a b=cd=L1，bc=L2。
在线端a、d间接电阻R和电流表A，且以a、d端连线为轴，以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，如图5-2-3所示，求：
（1）交流电流表A的示数；
（2）从图示位置转过90°角的过程中，电阻R上产生的热量；
（3）写出弯曲导线转动过程中，从图示位置开始计时的电动势的表达式。
解析：（1）弯曲导线转到图示位置时有感应电动势的峰值为E m=BL2ωL1= BωL1L2
产生电流的峰值为I m=E m/(R+r)= BωL1L2/(R+r)
电流表A的示数I=I m/=BωL1L2/2(R+r)
（2）由图示位置转过90°角所用时间t=T/4=π/２ω
电阻R上产生的热量为Q R=I2Rt=πωR B2L12L22/4(R+r)2
（3）电动势为e=E m cosωt= BωL1L2cosωt
知识概括、方法总结与易错点分析
要明确有效值峰值平均值的区别和联系
针对性练习：
1、一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬时值的表达式为e=220sin100πt V，下列说法中正确的是：(ABD)
A．频率是50Hz
B．.当t=0时，线圈平面与中性面重合
C．当t=1/100 s时，e的值最大，为220V
D．线圈转动的角速度为314rad/s
2、下列数据中不属于交变电流有效值的是（C）
A.交流电表的示数
B.灯泡的额定电压
C.电容器的耐压值
D.保险丝的额定电流
3、一个接在直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1，若把它接到电压最大值与直流电压相等的正弦式交流电源上，该电热器所消耗的电功率为P2，则P1：P2为：( A)
A.2：1
B.1：2
C.1：1
D.1：
4、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T。
从中性面开始计时，当t=T/12时，线圈中感应电动势的瞬时值为2V，则此交变电流的有效值为（A）
A. 2V
B. 2V
C.V
D./2 V
5、一电阻接在20V的直流电源上，消耗的电功率为10W，把这一电阻接在某一交流电源上，该交流电源的输出电压u随时间t变化的图象如图5-2-4所示，则这一电阻消耗的电功率为（A）
A.5W
B.7.07W
C.10W
D.14.1W
6、在电阻R上分别加如图5-2-5（1）、（2）所示的交变电压u1和u2，在较长的相等时间内，内阻R上产生的热量相等，电阻R的阻值变化可以忽略，那么（BC）
A.交变电压u2的最大值U m等于U
B.交变电压u2的最大值U m等于U
C.交变电压u1的有效值等于U
D.交变电压u1的有效值等于U/
7、交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的，那么，在计算一个通有交变电流的电阻产生的热量或电阻的热功率时，是用交变电流的瞬时值、最大值还是有效值？若一个10Ω的电阻，通过的电流为i=2sin314tA，那么这个电阻的热功率是多大？
有效值20W
8、一个正弦规律变化的交变电流的图象如图5-2-6所示，根据图象计算：
（1）交变电流的频率。
（2）交变电流的有效值。
（3）写出该电流的瞬时值表达式。
（4）在什么时刻该电流的瞬时值大小与其有效值相等。