鲁教版高中物理选修3-2第5讲：交流电(教师版)

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1、交流电1.理解描述交变电流的物理量的含义、电感和电容对交变电流的影响和了解三相交变电流2.学会分析交流的产牛及变化规律、交流电的图象、感抗与容抗。-、交变电流产生交变电流：大小和方向都随吋间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。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眩交流。0(a)i'乍d如图(b)所示。而(a)、(d)为直流其中(a)为恒定电流。二、正弦交流的产生及变化规律(1)＞产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。(2)、中性面：

2、匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性血。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。(3)＞规律：从中性面开始计时，则e二NBS3sir)3t。用£也表示峰值NBS3则e=£sino＞t在纯eg电阻电路中，电流壮弋siw®,电压“Usinot。三、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X表示，eiu(2)峰值：即最大的瞬时值。大写字母表示，UmImem£m=nsB3Im=£m/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，所产牛感应电动

3、势的峰值为J二NBS3,即仅由匝数N,线圈面积S,磁感强度B和角速度3四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。⑶有效值：a、意义：描述交流电做功或热效应的物理量b、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的冇效值。c、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是£加-厶”£UI注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有£二卡，U二卡/=—沦的关系，非正眩(或余弦)V2a/2V2交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即

4、二

5、十e、

6、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。f、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。(4)峰值、有效值、平均值在应用上的区别。峰值是交流变化屮的某一瞬时值，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。而平均值一A①是由公式E=n——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

7、弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为2=写竺二处巴，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1兀2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/(3)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，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值。(4)农征交变电流变化快慢的物理量a、周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s.b、频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：H乙C、角频

8、率3：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s.d、角速度、频率、周期，的关系w=2>Tf=—T（6）疑难辨析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,e应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），仁二时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线4斜率最大），因此从屮性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正眩函数，如上图所示分别是=““C0S31和e=e“sinst。四、电感和电容对交流电的作用电阻対交流电流和直流电流

9、一样有阻碍作用，电流通过电阻时做功而产牛热效应：电感対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。1・电感对交变电流的阻碍作用在交流电路屮，电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（血）来表示。rti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，线圈上匀产生口感电动势，自感电动势总是阻碍交流电的变化。又因为自感

10、电动势的大小与自感系数⑴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