人教版 (2019)交变电流学案

这是一份人教版 (2019)交变电流学案，共3页。学案主要包含了正弦式交流电产生的原理，正弦式交流电的图象的应用，交流电四值的比较和应用，电阻等内容，欢迎下载使用。
一、正弦式交流电产生的原理
1．交变电流
大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1(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式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示．

图1
2．正弦交流电的产生和变化规律
(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动．
(2)中性面：①定义：与磁场方向________的平面．
②特点：a.线圈位于中性面时，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，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次．
(3)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__________曲线．如图1(a)所示．
3.矩形线框绕垂直于匀强磁场的轴O转动时，线圈的两条边切割磁感线产生感应电动势，如图4所示．设线圈的匝数为n，转动角速度为ω，两对边分别为l1和l2(其中ab边为l1，ad边为l2)．
若从中性面开始计时，经时间t转到如图所示位置．则t时间线框转过ωt角．ab边产生的电动势e1＝nB l1ω·eq \f(1,2) l2sin ωt .cd边产生的电动势e2＝nB l1ω·eq \f(1,2) l2sin ωt.
由右手定则可知：e1和e2环绕方向相同．故总电动势e＝e1＋e2＝nB l1 l2ωsin ωt＝nBSωsin ωt.其中nBSω为电动势的最大值．
4．周期和频率
(1)周期T：交变电流完成__________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T＝eq \f(2π,ω).
(2)频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的________，单位是赫兹(Hz)．
(3)周期和频率的关系：T＝________或f＝________.
5．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________的值，是时间的函数．
(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的________．
(3)有效值：让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交流的__________．
(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系
I＝____________，U＝____________，E＝____________.
(5)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.
例1.交流发电机的示意图如图所示，当线圈ABCD绕垂直于磁场方向的转轴OO'匀速转动时，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置磁通量最大，磁通量的变化率最大
B．图示位置电流最大，方向为A→B
C．从图示位置开始转过90°时，电流方向将发生改变
D．从图示位置开始转过90°时，电动势达到最大值
【解答】解：AB、由图可知，图示位置线圈平面与磁感线的方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电流为零，故AB错误；
CD、从图示位置开始转过90°时，线圈平面与磁感线的方向平行，穿过线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势达到最大值，电流方向不发生变化，故C错误，D正确。
故选：D。

二、正弦式交流电的图象的应用
三、交流电四值的比较和应用
四、非正弦交流电有效值的计算方法只有正弦式交变电流才能用的关系，其他交变电流都不满足这一关系，只能根据有效值的定义进行计算．计算时要注意两点，一：若交变电流正负半周最大值不相等时，应分段计算电热；二：取一个周期计算电热．
几种典型的电流及其有效值
例 ：如图所示为某一交变电流的电流—时间（i﹣t）图像，时间轴上方为最大值为1A的正弦交流电的一部分，则该交流电的有效值为（ ）
A．32AB．33AC．22AD．23A
【解答】解：设交变电流的有效值为I，周期为T，电阻为R，则I2RT=(12)2R×T3+(−1)2×R×T3
代入数据解得：I=22A，故ABD错误，C正确。
五、电阻、电感和电容对交流电影响
【典例】如图所示,交流电流表A1、A2和A3分别与电阻R、线圈L和电容器C串联后接在同一交流电源上。交流电压的瞬时值为u1=Umsinω1t,三个电流表的读数分别为I1、I2和I3,现换另一电源供电,交流电压的瞬时值为u2=Umsinω2t,ω2=2ω1,改换电源后,三个电流表的读数变化情况是A.I1、I2和I3都不变
B.I1、I2不变、I3变大
C.I1不变、I2变大、I3变小
D.I1不变、I2变小、I3变大
【解析】选D。由公式f=知,后来交流电的频率变大,线圈的感抗变大,电容器的容抗变小,对电阻没影响,所以A1示数将不变,A2示数将减小,A3示数增大,所以选项D正确,A、B、C错误。

物理量
函数
(从中性面计时)
图象
磁通量
Φ＝Φmcs ωt
＝BScs ωt
电动势
e＝Emsin ωt
＝nBSωsin ωt
路端电压
u＝Umsin ωt

电流
i＝Imsin ωt

物理量
物理含义
重要关系
适用情况及说明
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ωt
i＝Imsin ωt
计算线圈某时刻的受力情况
峰值
最大的瞬时值
Em＝nBSω
Im＝
讨论电容器的击穿电压
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
对正(余)弦交变电流有：E＝Em/eq \r(2)
U＝Um/eq \r(2)
I＝Im/eq \r(2)
(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等)
(2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值
(3)保险丝的熔断电流值为有效值
平均值
交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值
eq \x\t(E)＝Bleq \x\t(v)
eq \x\t(E)＝neq \f(ΔΦ,Δt)
eq \x\t(I)＝eq \f(\x\t(E),R＋r)
计算通过电路截面的电荷量
名称
电流(电压)图象
有效值
正弦式交变电流
I＝eq \f(Im,\r(2))
U＝eq \f(Um,\r(2))
正弦式半波脉冲电流
I＝eq \f(Im,2)
U＝eq \f(Um,2)
正弦单向脉冲电流
I＝eq \f(Im,\r(2))
U＝eq \f(Um,\r(2))
矩形脉冲电流
I＝ eq \r(\f(t1,T))Im
U＝ eq \r(\f(t1,T))Um
非对称性交变电流
I＝ eq \r(\f(1,2)（Ieq \\al(2,1)＋Ieq \\al(2,2)）)
U＝ eq \r(\f(1,2)（Ueq \\al(2,1)＋Ueq \\al(2,2)）)
电 阻
感 抗
容 抗
产生
原因
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
电感线圈的自感现象阻碍电流的变化
电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用
在电
路中
的
特点
对直流、交流均有阻碍作用
只对变化的电流,如交流有阻碍作用
不能通直流,只能通交变电流。对交流的阻碍作用随频率的降低而增大
决定
因素
由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关
由线圈本身的自感系数和交流电的频率决定(成正比)即XL=2πfL
由电容的大小和交流电频率决定(成反比)即XC=
能量
转化
电流通过电阻做功,电能转化为内能
电能和磁场能往复转化
电能与电场能往复转化