高考物理难点精讲 交变电流

高考物理难点精讲 交变电流内容摘要：

1、第 1 页 共 9 页高三复习难点精讲：交变电流过程及内容：第 1 课时：交流电的产生及变化规律基础知识 一交流电大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。 二正弦交流电的变化规律线框在匀强磁场中匀速转动1当从图 122 即中性面位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：即 e=i从该位置经 t 时间线框转过的角度；t 也是线速度 V 与磁感应强度 B 的夹角；。 是线框面与中性面的夹角2当从图 1 2、21 位置开始计时：则：e= i 线框在时间 t 转过的角度；是线框与磁感应强度 B 的夹角；此时 V、B 间夹角为（/2 一 t ） 3对于单匝矩形线圈来说 对于 n 匝面积为 S 的线圈来说 Em=于总电阻为 R 的闭合电路来说 Im=个物理量1中性面：如图 122 所示的位置为中性面，对它进行以下说明：（1）此位置过线框的磁通量最多（2）此位置磁通量的变化率为零所以 e=t=0， i（3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图 123 中的 t2，刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的方向改变两次，频率为 50交流电每秒方向改变 100 次2交流电的最大值：m 当为 3、N 匝时 m（1） 是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度秒，s（注意 缩写，s 为每秒转数，单词圆，回合） （2 ）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度 B 在同一直线上（3）最大值对应图 123 中的 t1、刻，每周中出现两次3瞬时值 e=i 入时间即可求出不过写瞬时值时，不要忘记写单位，如 m=220 2V，=100，则 e=220 2可忘记写伏，电流同样如此4有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电第 2 页 共 9 页的值为交流电的有效值（1）有效值跟最大值的关 4、系 m= 2U 有效，2I 有效（2）伏特表与安培表读数为有效值（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值5周期与频率：交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率单位 1/秒为赫兹（规律方法 一、关于交流电的变化规律【例 1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B=05T ，边长 L=10正方形线圈 100 匝，线圈电阻 r1，线圈绕垂直与磁感线的对称轴 速转动，角速度为2s，外电路电阻 R4 ，求：（1）转动过程中感应电动势的最大值（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 600 时的即时感应电动势（3）由图示位置转过 600 角时的过程中产生的平均感应电动势 5、（4）交流电电表的示数（5）转动一周外力做的功（6）1周期内通过 R 的电量为多少。 解析：（1）感应电动势的最大值， m100 050 12 2V=3 14V（2）转过 600 时的瞬时感应电动势：e1405 V1 57 V（3）通过 600 角过程中产生的平均感应电动势： =t=26V（4）电压表示数为外电路电压的有效值： U= R 243 5=178 V（5）转动一周所做的功等于电流产生的热量 WQ（ 2m）2（R 十r）T099J（6）1周期内通过电阻 R 的电量 Q I 61T RT 6/00 0866 C 【例 2】磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示。 已知一台单相发电机转 6、子导线框共有 N 匝，线框长为 为 子的转动角速度为 , 磁极间的磁感应强度为B。 导出发电机的瞬时电动势 E 的表达式。 现在知道有一种强永磁材料铵铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感应强度可以增大到原来的 K 倍，如果保持发电机的结构和尺寸，转子转动角速度，需产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝? (2002 年，安徽)第 3 页 共 9 页解：如图所示，有 V=二、表征交流电的物理量【例 3】. 交流发电机的转子由 BS 的位置开始匀速转动，么当线圈转过 30时交流电压的即时值为 V。 分析：电压表的示数为交流电压的有效值，由此可知最大值为 2U=20V。 而转过 30时刻的即时 7、值为 u=例 4】 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。 求该交流电的有效值 I。 分析：该交流周期为 T= 恒定电流A，后恒定电流 6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为 I，根据定义有： 2122I=3 A【例 5】如图 125 所示， （甲）和（乙）所示的电流最大值相等的方波交流电流和正弦交流电流，则这两个电热器的电功率之比 b= 解析：交流电流通过纯电阻 R 时，电功率P 是交流电流的有效值交流电流的有效值 I 是交流电流的最大值 1/ 2，这一结论是针对正弦交流电而言，至于方波交流电通过纯电阻 R 时，每时每刻都有大小是 电流通过，只是方向在作周期性的 8、变化，而对于稳恒电流通过电阻时的热功率来说是跟电流的方向无关的，所以最大值为 方波交流电通过纯电阻的电功率等于电流强度是 于所以， 1答案：21【例 6】图 126 表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是（ ）i/ t/ 页 共 9 页A5 2A； B5A； C35 2A ；D3 5格按照有效值的定义，交变电流的有效值的大小等于在热效应方面与之等效（在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相等）的直流的电流值可选择一个周期（0 02 s）时间，根据焦耳定律，有： 02（4 2）2R001+ （3 2）2R001解之可得： I5 A 答案：大值、平均值和有效值的应用1、正弦交变电流的 9、电动势、电压和电流都有最大值、有效值、即时值和平均值的区别。 以电动势为例：最大值用 示，有效值用 E 表示，即时值用 e 表示，平均值用 们的关系为：E=2，e=t。 平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：n。 切记12。 特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，有效值是对能的平均结果，平均值是对时间的平均值。 在一个周期内的前半个周期内感应电动势的平均值为最大值的 2/ 倍，而一个周期内的平均感应电动势为零。 我们求交流电做功时，用有效值，求通过某一电阻电量时一定要用电流的平均值交流电，在不同时间内平均感应电动势，平均电流不同考虑电容器的耐压值时则要用最大值。 交变电流的有效值是根据电 10、流的热效应规定的：让交流和直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，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。 只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的 2/2 倍。 通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都指有效值。 （3 ）生活中用的市电电压为 220V，其最大值为 220 V=311V（有时写为 310V） ，频率为50以其电压即时值的表达式为 u=311例 7】n 匝线圈，每匝线圈所围面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为 ，线圈内电阻为 r，外电路电阻为 R。 当线圈由图中实线位置匀速转动 90到达 11、虚线位置过程中，求：通过 R 的电荷量 q 为多少。 R 上产生电热 外力做的功 W 为多少。 分析：由电流的定义，计算电荷量应该用平均值：即 ,而，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。 求电热应该用有效值，先求总电热 Q，再按照内外电阻之比求 R 上产生的电热 22222 4,4)(。 这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。 根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将第 5 页 共 9 页电能转化为内能，即放出电热。 因此 W=Q 42。 一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。 第 2 课时：交流电的图象、感抗与容抗基础知识 12、 一、何物理规律的表达都可以有表达式和图像两种方法，交流电的变化除用瞬时值表达式外，t 或角度 ，纵轴为感应电动势E、交流电压 U 或交流电流 流、电压图像都是正弦(或余弦)曲线。 交变电流的变化在图象上能很直观地表示出来，例如右图所示可以判断出产生这交变电流的线圈是垂直于中性面位置时开始计时的，表达式应为 e = 象中 A、B、C 时刻线圈的位置A、B 为中性面， C 为线圈平面平行于磁场方向。 横轴读出交流电的周期或线圈转过的角度 = 感和电容对交流电的作用电阻对交流电流和直流电流一样有阻碍作用，电流通过电阻时做功而产生热效应；电感对交流电流有阻碍作用，大小用感抗来表示，感抗的大小与电感线圈 13、及交变电流的频率有关；电容对交流电流有阻碍作用，大小用容抗来表示，容抗的大小与电容及交变电流的频率有关。 感线圈除本身的电阻对电流有阻碍作用以外，由于自感现象，对电流起着阻碍作用。 如果线圈电阻很小，可忽略不计，那么此时电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗(来表示。 由于交变电流大小和方向都在发生周期性变化，因而在通过电感线圈时，线圈上匀产生自感电动势，自感电动势总是阻碍交流电的变化。 又因为自感电动势的大小与自感系数(L) 和电流的变化率有关，所以自感系数的大小和交变电流频率的高低决定了感抗的大小。 关系式为： f 变电流的频率越高，电感对交变电流的作用就越大，感抗也就越大。 自感系数很大的线圈有通直流、阻交流的作用，自感系数较小的线圈有通低频、流圈有两种：一种是通直流、阻交流的低频扼流圈；另一种是通低频、阻高频的高频扼流圈。 流电流是不能通过电容器的，但在电容器两端加上交。