教科版高中物理选修(3-2)第2章第3讲《交变电流的产生及描述》ppt课件
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高考物理总复习 10.1交变电流的产生和描述课件 新人教版选修3-2
①
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
②
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
3 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
问题等，试题可能与生活实际相联系.
一、交变电流的产生和变化规律 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)图象：如图(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交流电，如图(a)所示．
2．正弦交流电的产生和图象描述 (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 正弦 曲线．如图(a)所示．
3．应注意的问题 在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊位置的不同 特点． (1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ 最大，ΔΦ/Δt＝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，ΔΦ/Δt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．
(11 分)(2012·高考安徽理综)图 1 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
考纲要求
交变电流、交变 电流的图象Ⅰ
正弦交变电流的 函数表达式、峰 值和有效值Ⅰ
理想变压器Ⅱ
远距离输电Ⅰ
说明：(1)不要求 讨论交变电流的 相位和相位差的 问题．(2)只限于 单相理想变压器.
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
②
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
3 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
问题等，试题可能与生活实际相联系.
一、交变电流的产生和变化规律 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)图象：如图(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交流电，如图(a)所示．
2．正弦交流电的产生和图象描述 (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 正弦 曲线．如图(a)所示．
3．应注意的问题 在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊位置的不同 特点． (1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ 最大，ΔΦ/Δt＝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，ΔΦ/Δt 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变．
(11 分)(2012·高考安徽理综)图 1 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
考纲要求
交变电流、交变 电流的图象Ⅰ
正弦交变电流的 函数表达式、峰 值和有效值Ⅰ
理想变压器Ⅱ
远距离输电Ⅰ
说明：(1)不要求 讨论交变电流的 相位和相位差的 问题．(2)只限于 单相理想变压器.
高中物理教科版选修3-2课件：2-2描述交流电的物理量
答案：BD
解析：根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V，周
期为4×10－2 s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50π
rad/s，所以u＝100sin50πt
V，C错；又P＝
U2 R
＝
10202 100
W＝50
W，D对。
02 题型分类指导
No.1 描述交变电流的物理量 例1 [2012·广东高考]某小型发电机产生的交变电动势为e＝ 50sin100πt(V)。对此电动势，下列表述正确的有( ) A．最大值是50 2 V B．频率是100 Hz C．有效值是25 2 V D．周期是0.02 s
解析：由题图可得其T＝0.8 s，f＝T1＝1.25 Hz，故A对，D 错；又由题图读得Im＝4 A，故B对；因为电流为非正弦式交流 电，故有效值I≠ Im2＝2 2 A，C错。
答案：AB
No.2 交变电流有效值的计算 例 2 如图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 2 C.722 A
②交变电流的平均值是交变电流图象中图线与时间轴所围 的面积跟时间的比值。
(2)计算的方法不同：
①交变电流的有效值要根据电流的热效应进行求解。
②交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间的长短
均有关，其数值需根据法拉第电磁感应定律E＝n
ΔΦ Δt
计算。例
如，对于正弦交变电流，在0～
T 4
时间内
E
＝
2 π
B．2.5 A D．3.5 A
[分析] 解答本题的思路如下：
[解析] 根据交变电流有效值的定义，让题图中的交变电流 和某一恒定电流分别通过同一个电阻，如果在相同时间内电阻产 生的热量相同，则此恒定电流的数值就等于此交变电流的有效 值。设此交变电流的有效值为 I，则任意一个周期内，有 I2RT＝ I21RT2＋I22RT2，代入数据得 I2＝(2 2)2×12＋(322)2×12，解得 I＝2.5 A，选项 B 正确。
解析：根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V，周
期为4×10－2 s，所以频率为25 Hz，A错，B对；而ω＝2πf＝50π
rad/s，所以u＝100sin50πt
V，C错；又P＝
U2 R
＝
10202 100
W＝50
W，D对。
02 题型分类指导
No.1 描述交变电流的物理量 例1 [2012·广东高考]某小型发电机产生的交变电动势为e＝ 50sin100πt(V)。对此电动势，下列表述正确的有( ) A．最大值是50 2 V B．频率是100 Hz C．有效值是25 2 V D．周期是0.02 s
解析：由题图可得其T＝0.8 s，f＝T1＝1.25 Hz，故A对，D 错；又由题图读得Im＝4 A，故B对；因为电流为非正弦式交流 电，故有效值I≠ Im2＝2 2 A，C错。
答案：AB
No.2 交变电流有效值的计算 例 2 如图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 2 C.722 A
②交变电流的平均值是交变电流图象中图线与时间轴所围 的面积跟时间的比值。
(2)计算的方法不同：
①交变电流的有效值要根据电流的热效应进行求解。
②交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间的长短
均有关，其数值需根据法拉第电磁感应定律E＝n
ΔΦ Δt
计算。例
如，对于正弦交变电流，在0～
T 4
时间内
E
＝
2 π
B．2.5 A D．3.5 A
[分析] 解答本题的思路如下：
[解析] 根据交变电流有效值的定义，让题图中的交变电流 和某一恒定电流分别通过同一个电阻，如果在相同时间内电阻产 生的热量相同，则此恒定电流的数值就等于此交变电流的有效 值。设此交变电流的有效值为 I，则任意一个周期内，有 I2RT＝ I21RT2＋I22RT2，代入数据得 I2＝(2 2)2×12＋(322)2×12，解得 I＝2.5 A，选项 B 正确。
2019-2020年粤教版高中物理选修3-2课件：2章 交变电流的产生及描述(共30张PPT)
1感应电动势的平均值－E ＝nΔΔΦt . 2求电荷量要用感应电流的平均值：－I ＝R－E总，q＝－I ·Δt＝nΔRΦ总 .
[针对训练] 2.如图 3 所示，单匝矩形闭合导线框 abcd 全部处于磁感应强度为 B 的水平 匀强磁场中，线框面积为 S，电阻为 R.线框绕与 cd 边重合的 竖直固定转轴以角速度 ω 匀速转动，线框中感应电流的有效 值 I＝________.线框从中性面开始转过π2的过程中，通过导线 横截面的电荷量 q＝________.
【导学号：97752111】
A．nBω2 S
B． 2nBωS
图7 C．2n值为：Em＝nBωS，又因为线圈转动时
Em2
只有半个周期在磁场中，取一个周期为T.根据有效值的定义知
2 R
·T2
＝
E2 R
T，
可得E＝E2m，因此交流电动势的有效值为nB2ωS，选项D正确．]
重难强化训练（三）
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谢谢观看
A．此交流电的频率为 0.2 Hz
B．此感应电动势的有效值为 1 V
C．t＝0.1 s 时，线圈平面与磁场方向平行
图6
D．在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为1010π Wb
D [由题图可知，此交流电的周期 T＝0.2 s，频率 f＝T1＝5 Hz，A 错；E
＝Em＝ 2
2 2
V，B 错；t＝0.1 s 时，电动势为 0，线圈平面与磁感线垂直，C 错；
100×0.5×0.12× 4＋1
3 2
C≈0.086 6 C．
【答案】 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)1.78 V (4)0.086 6 C
[当 堂 达 标·固 双 基]
高中物理1交变电流2课件选修32高中选修32物理课件
（2）大小变化规律-------按正弦(zhèngxián)规律变化：
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=12U/1m3s/20i21nωt
Em=NBSω叫电动势的最大值
Im=Em/R叫电流的最大值 Um=ImR叫电压的最大值
第十三页，共十五页。
2021/12/13
第十四页，共十五页。
内容 总结 (nèiróng)
12/13/2021
第二页，共十五页。
课堂练习
1．在如图所示的几种电流随时间变化的图象(tú xiànɡ)中，属于直 流电流的是 １、２，属于交变电流的是 ３、４、５、。６
注意：大小不变方向改变的电流(diànliú)也是交流。
12/13/2021
第三页，共十五页。
二、交变(jiāo biàn)电流的产生
2. ab边的速度多大？
3. ab边速度方向与磁场方向夹角多 大？
4. ab边产生的感应电动势多大？
ωt
5.线圈中感应电动势多大？
中性面
a
12/13/2021
v
B
第八页，共十五页。
1.正弦式交变(jiāo biàn)电流的瞬时值表达式（从中性面计时）
（1）电动势按正弦规律变化 e Em sin t
(2)若从中性面计时，经过 s时1 线圈电动势的瞬时值
是多大？
600
12/13/2021
第十二页，共十五页。
交变电流 小结
1．交变电流：大小(dàxiǎo)和方向都随时间作周期性变化的电流。
2．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线 圈中就会产生交变电流。 3．交变电流的变化规律： （1）方向变化规律-------线圈平面每经过中性面一次，感 应电流的方向就改变(gǎibiàn)一次；线圈转动一周，感应电流的 方向改变两次。
教科版高中物理选修32课件：第二章 交变电流2
秒23:25:5421 November 2021
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8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者
就都不能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。下午11时
25分54秒下午11时25分23:25:5421.11.21
二、峰值和有效值
导学探究
答案
知识梳理
对交变电流的峰值、有效值的理解： (1)峰值：也叫最大值，它是所有瞬时值中的 最大 值. ①当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em＝ nBSω ( 转 轴 垂 直 于磁感线). ②电容器接在交流电路中，交变电压的 最大值不能超过电容器的耐压值. (2)有效值：让交流电与某一直流电通过 同一 电阻，在 相同时间 内 所 产 生的热量 相等 ，我们就把这个直流电的电流值I、电压值U叫做这个交 流电的有效值.
在一个周期内，直流电通过该电阻产生的热量Q＝I2RT
由Q＝Q′，代入数据解得I＝5 A，即此交变电流的有效值I′＝I＝5 A
答案 5 A
解析答案
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一、周期和频率的理解
典例精析
例1 矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速 转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图3所示.下列说法中 正确的是( )
匀速转动，已知线圈的匝数为n＝100匝，边长为20 cm，电阻为10 Ω，转
动频率f＝50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求：
(1)外力驱动线圈转动的功率； 解析 线圈中交变电动势的最大值
Em＝nBSω＝100×0.5×(0.2)2×2π×50 V≈628 V.
新教材高中物理 精品课件 交变电流的产生和描述
瞬时值表达式为 i＝nRω＋BrSsin ωt A
解析 当线圈平行于磁场方向时电动势最大，其峰值 Em＝nωBS，所以，有效电流 I＝ 2（ERm＋r）＝ 2（nωRB＋Sr），电压表示数 U＝IR＝ 2n（ωRB＋SRr），故 A 错误；线圈转过
－
90°的过程中通过灯泡的电荷量为 q＝－It＝R＋E r·T4＝π（2nRω＋BrS）×2πω＝Rn＋BSr，故 B 错误；
有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一
扇形闭合导线框，电阻为R、半径为L、圆心角为60°，绕
顶点O(位于磁场边界)在纸面内匀速转动，角速度为ω。
线框串有一理想交流电流表(未画出)，则交流电流表的示
图7
数为( D )
2BL2ω A. 2R
3BL2ω C. 3R
2BL2ω B. 4R
3BL2ω D. 6R
和电压的有效值。
(2)若图像部分是正弦(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＝ Im2、 U＝U2m求解。
【真题示例2】 (2021·浙江6月选考，5)如图5所示，
虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图
数值规定为这个交变电流的有效值。
(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 －
I＝
Im2，U＝U2m，E＝Em2。
ΔΦ
E
(4)交变电流的平均值－E＝__n__Δ_t___，－I ＝__R_＋__r___。
【自测2】 阻值为100 Ω 的纯电阻元件通以如图1所
示的交变电流，则该元件的发热功率为( B )
效 值
效的恒定电
I＝
人教版高中物理选修3-2交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
b
c
c
d
a
d
k
L
A
B
b
K L
A
a
B
c
b
b
a
dk
a
A
L
B
c
K L
A d
B
b
c
a
d
k
L
A
B
甲
乙
丙
丁
戊
中性面： B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 电流方向发生改变， 线圈转一圈电流方向改变两次
（3）电路上的电压
u U m sin t
电流 i I m sin t
通过R时：
u iR，U m Im R.
人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
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四、正弦交变电流的图象
b
c
c
d
a
d
k
人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
(丙)
没有边切割磁感应线
特点: 中性面(B⊥S)， Φ最大， E=0 , I=0
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人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
人教版高中物理选修3-2 5.1交变电流的产生和变化规律(共17张PPT)
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b
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甲
乙
丙
丁
戊
中性面： B⊥S， Φ最大， E=0 , I=0 电流方向发生改变， 线圈转一圈电流方向改变两次
（3）电路上的电压
u U m sin t
电流 i I m sin t
通过R时：
u iR，U m Im R.
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四、正弦交变电流的图象
b
c
c
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a
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(丙)
没有边切割磁感应线
特点: 中性面(B⊥S)， Φ最大， E=0 , I=0
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高中物理第2章交变电流2描述交流电的物理量课件教科版选修32
第二十三页，共35页。
2．几种常见交变电流的有效值 电流名称 电流图线 正弦式交 变电流
正弦半波 电流
有效值
I＝
Im 2
I＝I2m
第二十四页，共35页。
正弦单向 脉动电流
矩形脉 动电流
非对称性 交变电流
I＝
Im 2
I＝
t TIm
I＝ 12I21＋I22
第二十五页，共35页。
3.交变电流“四值”辨析
A．该电压是恒定电压 B．该电压是直流电压 C．该电压的周期是0.2 s D．该电压的频率是130 Hz
图2-2-2
第十四页，共35页。
【解析】 从图像可以看出每经过0.3 s开始重复上一个过程，所以0.3 s是一 个周期，频率是130 Hz，在一个周期内，前0.1 s电压为正值，后0.2 s电压为负值， 表示前后电流方向相反，所以是交变电流，D对，A、B、C错．
3 4
I
2 0
RT，设某一恒定电流I在相同的时间T内通
过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义知：
34I20RT＝I2RT，得I＝ 23I0，故B正确．
【答案】 B
第二十九页，共35页。
5．通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图2-2-4所示，其周期为1 s．电
阻两端电压的有效值为( )
第三十四页，共35页。
求解有效值的一般方法与技巧 1．首先要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的 关系是I＝ Im2，U＝U2m，非正弦式交变电流一般不符合此关系． 2．对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热 量的总和Q.将总热量Q用相应的物理量I或U来表示 如Q＝I2Rt或Q＝UR2t ，则I或U 为该交变电流相应的有效值．
2．几种常见交变电流的有效值 电流名称 电流图线 正弦式交 变电流
正弦半波 电流
有效值
I＝
Im 2
I＝I2m
第二十四页，共35页。
正弦单向 脉动电流
矩形脉 动电流
非对称性 交变电流
I＝
Im 2
I＝
t TIm
I＝ 12I21＋I22
第二十五页，共35页。
3.交变电流“四值”辨析
A．该电压是恒定电压 B．该电压是直流电压 C．该电压的周期是0.2 s D．该电压的频率是130 Hz
图2-2-2
第十四页，共35页。
【解析】 从图像可以看出每经过0.3 s开始重复上一个过程，所以0.3 s是一 个周期，频率是130 Hz，在一个周期内，前0.1 s电压为正值，后0.2 s电压为负值， 表示前后电流方向相反，所以是交变电流，D对，A、B、C错．
3 4
I
2 0
RT，设某一恒定电流I在相同的时间T内通
过该电阻产生的热量为I2RT，由有效值的定义知：
34I20RT＝I2RT，得I＝ 23I0，故B正确．
【答案】 B
第二十九页，共35页。
5．通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图2-2-4所示，其周期为1 s．电
阻两端电压的有效值为( )
第三十四页，共35页。
求解有效值的一般方法与技巧 1．首先要分析交变电流的变化规律，正弦式交变电流的最大值和有效值的 关系是I＝ Im2，U＝U2m，非正弦式交变电流一般不符合此关系． 2．对于非正弦式交变电流，可在一个周期内分段求出产生的热量，再求热 量的总和Q.将总热量Q用相应的物理量I或U来表示 如Q＝I2Rt或Q＝UR2t ，则I或U 为该交变电流相应的有效值．
交变电流的产生和描述
(2)感应电动势的瞬时值表达式； 解析 线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s 题图位置的感应电动势最大，其大小为Em＝NBl1l2ω 代入数据得Em＝314 V 感应电动势的瞬时值表达式为 e＝Emcos ωt＝314cos(100πt)V。 答案 e＝314cos(100πt)V
(3)线圈转一圈外力做的功； 解析 电动势的有效值 E＝Em2 线圈匀速转动的周期 T＝2ωπ＝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＝RE＋2 rT 代入数据得W＝98.6 J。 答案 98.6 J
解析 由图像可知，t＝0 时，电动势为 零，此时线圈平面处于中性面位置，磁 通量变化率最小，交变电流改变方向， 故 A 错误，B 正确；线框中产生的感 应电动势的最大值和周期分别为 Em＝100 V，T＝0.04 s，根据 e＝Emsin 2Tπt， 可知感应电动势瞬时值为 e＝100sin (50πt) V，故 C 错误；根据 Em＝NBSω，ω ＝2πn，可知 Em 与 n 成正比，如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值为
(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。 解析 从t＝0时起线圈转过90°的过程中，流过电阻R的 电荷量 q＝－I·Δt＝NRB＋ΔrS＝NRB＋l1rl2 代入数据得q＝0.1 C。 答案 0.1 C
5.图8甲是某发电机的示意图，正方形金属框边长为L，其两端与两个半圆环相连，
在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动。阻值为R的电阻两
例1 (2024·北京市第四中学模拟)
某交流发电机产生交变电流的装
置如图1甲所示，产生的感应电
动势与时间的关系如图乙所示，
下列说法正确的是B( )
交变电流的产生及描述
B
电解电容器的极性是特定的，不能反接
t V加在氖管 【例3】一交流电压 u 50sin100 两端，当氖管两端电压达到 25 2 V时开始发光，求 此氖管每次闪光的时间和1s内发光的总时间。
△t=0.005s
t 总=0.5s
例4：若线框ABCD的边长AB=10cm,BC=15cm，B=1T．线圈 匝数n=100匝．线圈电阻r=5Ω．外电路负载电阻R=10Ω．线圈 以3000r／min的转速匀速转动，求： (1)从如图所示位置开始计时电动势的瞬时值表达式；
4R r
W=Q (1)计算电荷量必须用平均值。 (2)求电热必须用有效值。 ⑶一定要学会用能量转化和守 恒定律来分析功和能。
三、感抗和容抗
1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点 是“通直流、阻交流，通低频、阻高频”。 L越大、交流电的频率越高，阻碍作用越大。
X L 2 fL
2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点 是“通交流、隔直流，通高频、阻低频”。 C越大、交流电的频率越高，阻碍作用越小。
【例2】把一电容器C接在220V的 交流电路中，为了保证电容不被击 穿，电容器C的耐压值是多少？
220 2V
变化: 电学元件的正确使用，对电路安全工作起着重要作用。 某电解 电容器上标有“25V ，450μF”字样，下列说法 中正确的是 A、此电容器在交流、直流电路25V的电压时都能正常工作 B、此电容器只有在不超过25V的直流电压下才能正常工作 C、当工作电压是直流25V时，电容才是450μF D、若此电容器在交流电压下工作，交流电压的最大值不能 超过25V
147.9J
例4：若线框ABCD的边长AB=10cm,BC=15cm，B=1T．线圈 匝数n=100匝．线圈电阻r=5Ω．外电路负载电阻R=10Ω．线圈 以3000r／min的转速匀速转动，求： (1)从如图所示位置开始计时电动势的瞬时值表达式；