高二物理交流电的产生及表征交流电的物理量知识精讲 鲁教版

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1、高二物理交流电的产生及表征交流电的物理量知识精讲一.本周教学内容：交流电的产生及表征交流电的物理量一.交变电流大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。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.交流发电机（1）发电机的基本组成：①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）②用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类：①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。三.正弦式交流电的产

2、生在场强为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ω，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，经过时间t，转过的角度为θ=ωt，而线圈转动的线速度大小始终为v=ωL/2，此时ab边线速度v与磁感线的夹角也等于ωt，设这时ab边中的感应电动势为eab，cd边切割磁感线产生的感应电动势为ecd，则有就整个线圈来看，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ωt=π/2，这时感应电动势最大值εm=BSω感应电动势的瞬时表达式为e=εmsinωt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

3、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表达式为感应电流瞬时值表达式i=Imsinωt这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流。四.正弦式交流电的图像1.正弦式交流电的变化规律还可以用图像来表示，在直角坐标系中，横轴表示线圈平面跟初始位置的夹角（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）。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，若从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，t=0时，磁通量最大

4、，φ应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），t=时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数。2.中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。五.表征交变电流的物理量1.表征交变电流及电压的大小的物理量①瞬时值：对应某一时刻的交流的值用小写字母表示，eiue=NBSωsinωte=εsinωti=sinωt=Isinωtu=Usinωt②峰值：即最大的瞬时值用大写字母表示，U

5、m　　Ｉm　　εmεm=nsBωＩm=εm/R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ε=nBSω，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度ω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：ⅰ、意义：描述交流电做功或热效应的物理量ⅱ、定义：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流电和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的电压和电流的数值叫做这一交流电电压和电流的有效值。ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε=I=U=。　　注意：正弦交流的有效值和峰值之间

6、具有ε=，U=的关系，非正弦（或余弦）交流一般无此关系。ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。生活中用的市电电压为220V，其最大值为220V=311V（有时写为310V），频率为50Hz，所以其电压即时值的表达式为u=311sin314tV。④峰值、有效值、平均值在应用上的区别。峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。交流的有

7、效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为，而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题目中不加特别说明，提到的