第十章交变电流本章概览本专题是电磁感应内容的继续，当然也有它自身的特点，如交变电流的有效值、变压器内容，前几年的高考中，对产生正弦交流电的原理、正弦交流电的圈象、最大值与有效值、变压器方面考得较多，并且都是选择题．对于变压器的要求进一步加强，近年高考中计算题中就考到了变压器，随着高考突出应用、理论联系实际，预测今后在变压器、远距离输电方面还会加强。复习本章知识应重点抓好以下三个方面：1、要注意区分瞬时值、有效值、最大值、平均值，瞬时值随时间做周期性变化规律。2、理想变压器的有关间题，要掌握理想变压器的输入功率与输出功率一定相等，输出功率改变时输入功率也一定改变．变压器的变压原理是电磁感应，对正弦交流电，当输入电流过最大值时，输出电流为零。3、电能的输送问题是与生产生活密切相关的问题，该内容的掌握要抓住“输送一定的电功率”这一前提，即P=I送U送是定值。掌握这局部内容须理解送电电路图，要注意电线电阻上的电压不是升压变压器的输出电压，也不是降压变压器的输入电压或用户得到电压，在计算中要特别注意．第一课时交变电流的产生及描述4/4考点剖析【教学要求】1．知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流；2．了解表征交变电流的物理量；3．了解电容器和电感器对交变电流的作用。【知识再现】BO1ωO2一、交变电流的产生：闭合矩形线圈在磁场中绕垂直于场强方向的轴转动产生的电流随时间作周期性变化，称交变电流．当闭合线圈由中性面位置（图中O1O2位置）开场在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：，其中这就是正弦交变电流。二、交变电流的变化规律1、从线圈转至中性面开场计时，假设从转至平行磁感线开场计时，2、最大值：；Em与转轴的所在位置及线圈形状无关。3、线圈转至中性面时,电流方向发生,线圈转动一周，电流方向改变两次。三.表征正弦交变电流的物理量．1、交变电流的最大值：Em＝nBSω2、交变电流的有效值：交变电流的有效值是根据电流的规定的．3、交变电流的周期和频率①周期T：交变电流完成一次周期性变化（线圈转一周）所需的时间．②频率f：交变电流在1s内完成变化的次数。重点突破知识点一什么是交流电交流电是大小和方向随时间作周期性变化的电流。【应用1】以以下图示的电流属于交流电的有哪些？4/4\n导示:根据交流电的定义可以知道，图C的电流大小和方向随时间作周期性变化，所以是交流电，其他ABD为直流电。知识点二正弦交流电的产生甲OO′B0乙B【应用2】面积为S的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图甲、乙所示的磁场中。甲图中是磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴作匀速转动，乙图中的磁场的变化规律为B＝B0cost，从图示时刻起计时，那么（）A．两线圈中磁通量变化规律均为φ＝B0ScostB．两线圈中感应电动势到达最大值的时刻不同C．两线圈中产生的交流电流的有效值不同D．从此刻起，T/4时间内流过线圈截面的电量相同导示:选择AD。图中介绍了产生交流电的两种方式，一种是线圈在磁场中转动（动生），另一种是通过线圈的磁场在变化（感生）。对甲图，线圈从中性面开场计时，磁通量随时间成全余弦规律变化；对乙图磁通量ф=BS=B0Scost。所以两种情况下产生的交流电是相同的。知识点三表征交流电强弱的物理量1、交变电流的最大值（Im和Um）；它是交变电流在一个周期内所能到达的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压上下。电容器的耐压值是交流的最大值。2、交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：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电的有效值。正弦式交变电流的有效值与其相应的最大值间的关系为：注意：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是指有效值。求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。3、交变电流瞬时值是指某一时刻的电流值，是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同。4、交变电流平均值：E=n△ф/△t。假设计算通过电路某一截面的电量,需用电流的平均值。【应用3】（07年1月北京市崇文区期末统一练习3．）如图甲所示电路，电阻R的阻值为50Ω，在ab间加上图乙所示的正弦交流电，那么下面说法中错误的选项是（）A．交流电压的有效值为100VB．电流表示数为2AC．产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14rad/sD．如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，那么电流表的示数也增大一倍4/4\n导示：选择：C。根据图乙可以知道，电压的最大值为：Em=100V，那么有效值为E=Em/=100V，A正确；交流电流表的读数为有效值I=E/R=2A，B正确；由图知交流电的周期T=0.02s，那么角速度ω=2π/T=100πrad/s，故C错；如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，交流电压的最大值（Em=NBSω）也提高一倍，故电流表的示数也增大一倍，D正确。方法探究类型一求交流电的有效值【例1】多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇．过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是本钱高，体积大，效率低，且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速．现在的调光台灯、调整电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的．如以下图为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个半周期中，前面的1/4被截去，从而改变了电灯上的电压，那么现在电灯上的电压为（）A．UmB、C、D、导示：选择C。根据交流电的定义式可以得：，所以电灯上的电压U=。类型二交流电的图象有应用【例2】2022年理综宁夏卷17、一正弦交流电的电压随时间变化的规律如以下图。由图可知（）A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(25t)VB．该交流电的频率为25HzC．该交流电的电压的有效值为100D．假设将该交流电压加在阻值R＝100Ω的电阻两端，那么电阻消耗的功率时50W1234560100u/Vt/10－2s导示:选择BD。从图象可以直接读出交流电压的峰值是100V，周期T=4×10-2s。因此交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin(50πt)V，A错；频率f=1/T=25Hz，B正确；交流电的电压的有效值为U=100/=50，C错；功率P=U2/R=50W，D正确。类型三电感器和电容器对交流电的影响电感对交变电流有阻碍作用。交变电流通过电感线圈时，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，形成了对电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫感抗。实验说明：线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，线圈的感抗越大，所以，电感线圈在交流电路中有“通直流、阻交流、通低频、阻高频”的特性。电容对交变电流也有阻碍作用。电容器接到交流电路中后，交替产生充电和放电，使电路中有交变电流，似乎电流“通过”了电容器，由于电荷在电路中定向移动受到电容器极板上积聚电荷的对抗，因此产生对交变电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫容抗。实验说明：电容越大，交变电流的频率越高，线圈的容抗越小。所以，电容在交流电路中有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特性。【例3】(07年广东省汕尾市调研测试3、)如以下图电路中，如果交流电的电压不变而频率降低，那么三盏电灯的亮度变化情况是（）A、三盏电灯的亮度都不变；B、L1的亮度变亮，L2的亮度变暗，L3的亮度不变；C、L2的亮度变亮，L1的亮度变暗，L3的亮度不变；4/4\nD、L1的亮度变亮，L3的亮度变暗，L2的亮度不变。导示:选择B。如果交流电的电压不变而频率降低，那么L的感抗变小，C的容抗变大，L1变亮、L2变暗；而L3亮度不变。成功体验1．（2022理综北京卷17．）电阻R1、R2与交流电源按照图1方式连接，R1=10Ω，R2=20Ω。合上开关S后，通过电阻R1的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图2所示。那么()A．通过R1的电流有效值是1.2AB．R1两端的电压有效值是6VC．通过R2的电流最大值是1.2AD．R2两端的电压最大值是6V2．（盐城市2022—2022学年度第一次调研考试.1）一根电阻丝接入100V的恒定电流电路中，在lmin内产生的热量为Q，同样的电阻丝接入正弦交变电流的电路中，在2min内产生的热量也为Q，那么该交流电压的峰值是（）A、141.4VB、100VC、70.7VD、50V3．07学年南京市期末质量调研5．两个相同的L1和L2，接到如以下图的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当、处接电压最大值Um、频率为的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是（ ）A．最大值仍为Um，而频率大于B．最大值仍为Um，而频率小于C．最大值大于Um，而频率仍为D．最大值小于Um，而频率仍为答案：1、B2、B3、A4/4
