10.1 交變電流的產(chǎn)生及描述

[體系構(gòu)建]1．交變電流(1)定義：大小和方向都隨時間做

變化的電流。如圖10－1－1(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流。其中(a)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡稱正弦式電流，如圖(b)為矩形脈沖電流，(c)(d)為鋸齒形掃描電流。周期性圖10－1－12．中性面(1)定義：與磁場方向

的平面。(2)特點(diǎn)：①線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量

，磁通量的變化率為

，感應(yīng)電動勢為

。②線圈轉(zhuǎn)動一周，

經(jīng)過中性面。線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次。垂直最大零零兩次

(1)產(chǎn)生：當(dāng)閉合線圈由中性面位置(圖10－1－2中O1O2位置)開始在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間而變化的函數(shù)是正弦函數(shù)。圖10－1－23．正弦式電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律(2)變化規(guī)律：①電動勢(e)：e＝

；②電壓(u)：u＝

；③電流(i)：i＝

。EmsinωtUmsinωtImsinωt

1．正弦式電流的變化規(guī)律及對應(yīng)圖象(線圈在中性面位置開始計時)規(guī)律物理量磁通量Φ＝Φm·cosωt＝BScosωt電動勢e＝Em·sinωt＝nBSωsinωt函數(shù)圖象規(guī)律物理量函數(shù)圖象電壓電流2.兩個特殊位置的特點(diǎn)(3)任意時刻線圈中產(chǎn)生的電流的大小和方向。(1)交變電流的最大值。3．由正弦交流電的圖象可信息獲取4．交變電流瞬時值表達(dá)式書寫的基本思路(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如：①線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt。②線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt。1.某線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻

速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交變電流的圖象如圖10－1－3

所示，由圖中信息可以判斷(

)答案：CD次數(shù)1．周期和頻率一次周期性描述交變電流的物理量2．交變電流的四值(1)瞬時值：它反映不同時刻交流電的大小和方向，正弦交流電瞬時值表達(dá)式為：e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝

。(應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始計時)(2)最大值：也叫峰值，它是瞬時值的最大值，它反映的是交流電大小的變化范圍，當(dāng)線圈平面跟磁感線

時，交流電動勢最大，其值為Em＝

(轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線)。Umsinωt平行nBSω?zé)嵝?yīng)交流的一個周期熱量有效值3．電感和電容對交變電流的影響(1)電感器：①感抗(XL＝2πfL)：指電感線圈對正弦交變電流的阻礙作用。②作用：通

、通低頻、阻

。(2)電容器：②作用：通

、阻低頻、隔

。直流高頻高頻直流1．交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值

e＝Emsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值討論電容器的擊穿電壓物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值計算通過電路截面的電荷量2.對峰值Em的理解由感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nBSω，知Em與n、B、S、ω四個物理量有關(guān)，與軸的具體位置和線圈的形狀無關(guān)。3．對有效值的理解(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)(電流通過電阻產(chǎn)生熱量)進(jìn)行定義的，所以在進(jìn)行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱進(jìn)行計算。注意“三同”：即“相同電阻”，“相同時間內(nèi)”產(chǎn)生“相同熱量”。計算時“相同時間”一般取一個周期。(5)交變電流的有效值不是交變電流的平均值。有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，而交變電流的平均值是交變電流中物理量對時間的平均值，交變電流的平均值的大小與Δt的取值有關(guān)，在計算交變電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量、熱功率時只能用交變電流的有效值，不能用平均值，而在計算通過導(dǎo)體的電荷量時，只能用交變電流的平均值，而不能用有效值。萬能模型——電動機(jī)、發(fā)電機(jī)模型1．模型概述“電動機(jī)”模型和“發(fā)電機(jī)”模型是高考題中時常出現(xiàn)的題型，凡在安培力作用下于磁場中運(yùn)動的通電導(dǎo)體均可看作電動機(jī)模型，在外力作用下于磁場中做切割磁感線運(yùn)動的導(dǎo)體均可看作發(fā)電機(jī)模型，此模型綜合考查了磁場力的作用、電磁感應(yīng)、恒定電流、交流電、能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識。2．模型特點(diǎn)電動機(jī)發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能工作原理通電線圈在磁場中受到安培力而轉(zhuǎn)動閉合線圈在磁場中受外力轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢電動機(jī)發(fā)電機(jī)解題要點(diǎn)(1)受力由左手定則來判斷(2)能量關(guān)系：P總＝P輸出＋P熱(3)實(shí)際功率：P實(shí)際≤P額定(4)電壓、電流關(guān)系：U>IR(1)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向由右手定則判定(2)感應(yīng)電動勢大小由法拉第電磁感應(yīng)定律計算(3)注意感應(yīng)電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值的計算(4)能量轉(zhuǎn)化