如何產(chǎn)生正弦式交變電流？
勻強磁場繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動
如何描述正弦式交變電流的變化規(guī)律？
瞬時電動勢：e=Emsinωt
瞬時電流： i=Imsinωt
瞬時電壓： u=Umsinωt
峰值：Em=NBSω
大小和方向都隨時間做周期性的變化.簡稱交流。
什么是交變電流（AC）？
圖像法描述正弦式交變電流的變化規(guī)律
1. 周期（T）：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉動一圈)所需的時間。國際單位是 s．
2. 頻率（f）：1s內交變電流完成周期性變化的次數(shù)。單位是 Hz．
在一個周期內，交變電流的方向變化2次
我國工業(yè)和家庭電路中的交變電流的u-t 圖
例題：如圖所示是我國家庭電路中的交變電流 u-t 圖，分析下列問題：
（1）交流電流完成一次周期性變化（線圈轉動一圈）所用多少時間？
（2）交流電流在1s內完成多少次周期性變化？
（3）由前2問，可知周期和頻率有什么關系？
（4）在1s內電流方向變化多少次？
峰值：交變電流在一個周期內所能達到的最大數(shù)值，叫做交變電流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。
電動勢峰值：Em=NBSω
電容器上的標稱電壓值（又叫耐壓值或擊穿電壓）是電容器兩極間所允許電壓的峰值．超過該值就有被擊穿的危險。
額定電壓: 電容器長期工作時所能承受的電壓
瞬時值：它是反映不同時刻交流電的大小和方向
若從中性面開始計時，正弦交流瞬時值表達式為：
如圖所示電流I=2A通過一個R=2Ω的電阻。它是恒定電流。怎樣計算通電1s內電阻R中產(chǎn)生的熱量?
如圖所示電流I 通過一個R=1Ω的電阻。它不是恒定電流。怎樣計算通電1 s內電阻R中產(chǎn)生的熱量?
如果有一大小、方向都不變的恒定電流通過這個電阻R也能在１s內產(chǎn)生同樣熱量，這個電流是多大？
定義：讓交流電和恒定電流通過阻值相同的電阻，如果它們在相同時間（一個周期）內，產(chǎn)生熱量相等，則把這個恒定電流的電流I、電壓U，叫作該交流電的有效值 。
意義：描述交變電流做功或熱效應的物理量。
如：某交流電有效電壓為220V，表示該交流電在一個周期內產(chǎn)生的熱量相當于220V穩(wěn)恒電壓在同一周期內產(chǎn)生的熱量
★注意：定義有效值時要“三同”：電阻相同，時間相同（一個周期），熱量相同。
交流用電設備上所標的額定電壓和額定電流是指有效值
交流電壓表、電流表測量的數(shù)值是指有效值
（2）一般交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值
（3）保險絲的熔斷電流是有效值———與熱有關的交變電流的功、功率、熱量等均用有效值；
（1）交流用電器上標出的額定電壓和額定電流指的是有效值；
（4）以后提到的交變流電的數(shù)值，若沒有特殊說明的均指有效值
正弦式交變電流的有效值與最大值的關系：
注意：（1）任何電流都有有效值，但上述關系只限于正弦式交變電流．（2）對非正弦式交變電流有效值只能通過電流的熱效應計算
怎樣求一般交流電的有效值
甲、乙圖中電爐燒水,設壺材料相同、水質量相等、水的初溫相同．若直流電源用10分鐘把水燒開，而第二次用交流電時也用10分鐘把水燒開
交流電的熱效果和直流電相同
我10分鐘也把水燒開！
我的電流有效值也是3A
★幾種常見交變電流的有效值
例1、如圖所示為一交變電流隨時間變化的圖像，此交變電流的有效值為(　　)
A. 5 A B.5 A
C. 3.5 A
根據(jù)有效值的定義可得，
例2：如圖所示交變電流圖象為某一正弦式交變電流更換負值后的i－t 圖象，求該交變電流的有效值.
例3：小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速運動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間呈正弦函數(shù)關系，如圖所示。該阻值為r=4 Ω的線圈與一個R＝6 Ω的電阻構成閉合電路。（1）交變電流的周期和頻率？（2）交變電流的電動勢的最大值和有效值？（3）感應電動勢的瞬時值表達式？（4）若改變交流電源的頻率，保持其峰值不變，其電動勢的有效值是否改變？（5）交流電流表、電壓表的示數(shù)？（6）電阻的熱功率？
問：該如何計算平均感應電動勢？
問：該如何計算感應電流的平均值？
問：那在一段時間內，如何計算通過線圈的電荷量？
例：如圖所示交流發(fā)電機的矩形線圈邊長ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，線圈匝數(shù)N＝100，電阻r＝1 Ω，線圈在磁感應強度B＝0.2 T的勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以ω＝100π rad/s的角速度勻速轉動，外接電阻R＝9 Ω，以圖示時刻開始計時，則(1)感應電動勢的最大值(2)由圖示位置轉過60°時的瞬時感應電動勢(3)由圖示位置轉過60°的過程中產(chǎn)生的平均感應電動勢(4)由圖示位置轉過60°的過程中通過電阻R的電荷量 (5)交流電壓表的示數(shù)(6)線圈轉動一周產(chǎn)生的總熱量
×　×　×　×　√　√　
1．如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感應垂直的轉軸勻速轉動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則（　?。〢．線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311VB．線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100HzC．t=0.005s時，線框的磁通量變化率為零D．t=0.01s時，線框平面與中性面重合
2．某交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間的關系如圖所示．如果此線圈和一個R=100Ω的電阻構成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列說法中正確的是（　?。〢．交變電流的周期為0.04sB．電阻R兩端的有效電壓是100VC．交變電流的有效值為1AD．交變電流的最大值為1A
3．先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化如圖甲所示；第二次燈泡兩端的電壓隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，不考慮溫度對燈泡電阻影響。則以下說法正確的是（　?。〢．第一、第二次，燈泡兩端的電壓之比為1:2B．第一、第二次，通過燈泡的電流之比是2:1C．第一、第二次，燈泡電功率之比是1:2D．第一、第二次，燈泡在相等時間內產(chǎn)生的熱量之比是1:4
6．如圖所示為一電流通過一電子元件后的波形圖（曲線部分為正弦交流電的一部分），則下列說法正確的是（　?。〢．這是一種交變電流B．電流的變化周期為0.015sC．電流通過100Ω電阻時，電功率為100WD．電流通過100Ω的電阻時，一個周期內流經(jīng)電阻的電荷量大于0.015C
7．如圖所示，交流發(fā)電機的線圈為邊長為L的正方形，匝數(shù)為N，線圈電阻為r，外電阻為R。線圈在磁感應強度大小為B的勻強磁場中繞垂直于磁場的轉軸OO'勻速轉動，轉速為n。圖中電表均為理想交流電表，下列說法正確的是（　　）A．圖示位置穿過線圈的磁通量最大B．感應電動勢的最大值為C．交流電流表的示數(shù)為D．交流電壓表的示數(shù)為

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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊電子課本

2 交變電流的描述

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第二冊

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