文档介绍：高二物理交变电流专题
【本讲教育信息】
一. 教学内容
交变电流的产生和变化规律
表征交变电流的物理量
电感和电容对交变电流的影响
变压器
电能的输送
二. 重点、难点
1、掌握描述交变流电的物理量、图像及变化规律。重点理解有效值的概念。
2、,知道感抗与哪些因素有关.
3、理解交变电流能通过电容器,,知道容抗与哪些因素有关.
4、知道变压器的构造,,掌握理想变压器的原、副线圈的电压与匝数的关系,并能应用它分析解决问题.
5、掌握理想变压器中电流与匝数、功率的关系,.

(一)交变电流基本概念
1、交变电流的产生和变化规律
电流强度的大小和方向都做周期性的变化,这种电流叫交流电。大小改变方向不变的电流不是交流。交变电流的变化规律矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程:
(线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动,因而不产生感应电动势,只起导线作用)。
(1)线圈平面垂直于磁感线(a图),ab、cd边此时速度方向与磁感线平行,线圈中没有感应电动势,没有感应电流。这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点:线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,感应电动势最小为零,感应电流为零。
(2)当线圈平面逆时针转过900时(b图),即线圈平面与磁感线平行时,ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直,即两边都垂直切割磁感线,这时感应电动势最大,线圈中的感应电流也最大。
(3)再转过900时(c图),线圈又处于中性面位置,线圈中没有感应电动势。
(4)当线圈再转过900时,处于图d位置,ab、cd边的瞬时速度方向,跟线圈经过图(b)位置时的速度方向相反,产生的感应电动势方向也跟在(图b)位置相反。
(5)再转过900线圈处于起始位置(e图),与a图位置相同,线圈中没有感应电动势。
小结:垂直于磁场的平面叫中性面。线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零,此位置线圈中的感应电动势为零,且每经过中性面一次感应电流的方向改变一次。线圈每转一周,两次经过中性面,感应电流的方向改变两次。
2. 线圈中的感应电动势的大小如何变化呢?
在场强为B的匀强磁场中,矩形线圈边长为L,逆时针绕中轴匀速转动,角速度为,从中性面开始计时,经过时间t。线圈转动的线速度为,转过的角度为,此时ab边线速度v与磁感线的夹角也等于,此时ab边中的感应电动势为同理,cd边切割磁感线的感应电动势为:
就整个线圈来看,因ab、cd边产生的感应电势方向相同,是串联,所以
当线圈平面跟磁感线平行时,即,这时感应电动势最大值
感应电动势的瞬时表达式为
可见在匀强磁场中,匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的。即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化。
当线圈跟外电路组成闭合回路时,设整个回路的电阻为R,则电路的感应电流的瞬时值为表达式:
感应电流瞬时值表达式
这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。
交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈磁通量也是按正弦(或余弦)规律变化的,若从中性面开始计时,t=0时,磁通量最大,应为余弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零),时,磁通量为零,此刻变化率最大(切线斜率最大),因此从中性面开始计时,感应电动势的瞬时表达式是正弦函数,如图(a)(b)所示分别是和。

3. 交流电的图像:
交流电的变化规律还可以用图像来表示,由前面的甲图中线圈转动过程中电动势和电流变化情况,在直角坐标系中,横轴表示线圈平面跟中性面的夹角(或者表示线圈转动经过的时间t),纵坐标表示感应电动势e(感应电流i)。
如图所示(b)、(c)、(e)所示电流都属于交流,其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图(b)所示。而(a)(d)为直流,其中(a)为恒定电流。
(二)交变电流基本概念
1. 表征交变电流大小物理量:
(1)瞬时值:对应某一时刻的交流的值,用小写字母表示, 、表示电压,表示电流。
(2)最大值:即最大的瞬时值,用大写字母表示,如、、。,。
注意:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所产生感应电动势的峰值为,,即仅由匝数N,线圈面积S,磁感强度和角速度四个量决定。与轴的具体位置,线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。
(3)有效值:
物理意义:描述交流电做功或热效应的物理量。
定义:跟交流热效应相等的恒定