高中物理交变电流.pdf

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1、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12—2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=εsinωt，i＝Isinωtmmωt是从该位置经t时间线框转过的角度；ωt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、2．当从图位置开始计时：则：e=εcosωt，i＝Icosωtmmωt是线框在时间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（π/2一ωt）．3．对于单匝矩形线圈来说E=2Blv=BSω；对于nm匝面积为S的线圈来说E=nBSω。对于总电阻为RmE的闭合电路来说I=mmR三．几个物理量1．中性面：如图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=εsinωt=0，i＝Isinωt=0mm（3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t，2t时刻，因而交流

3、电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的4方向改变两次，频率为50Hz的交流电每秒方向改变100次．2．交流电的最大值：ε＝BωS当为N匝时ε＝NBωSmm（1）ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s（注意rad是radian的缩写，round/s为每秒转数，单词round是圆，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）最大值对应图中的t、t时刻，每周中出现两次．123．瞬时值e=εsinωt，i＝Isinωt代入时间即可求出．不过写瞬时值时，不要忘记写单位，mm如ε=2202V

4、，ω=100π，则e=2202sin100πtV，不可忘记写伏，电流同样如此．m4．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，则直流电的值为交流电的有效值．（1）有效值跟最大值的关系ε=2U，I=2Im有效m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（Hz）．规律方法一、关于交流电的变化规律【

5、例1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0．5T，边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO/匀速转动，角速度为ω＝2πrad／s，外电路电阻R＝4Ω，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．（4）交流电电表的示数．（5）转动一周外力做的功．1（6）周期内通过R的电量为多少？6解析：（1）感应电动势的最大值，ε＝NBωS＝100×0．5×0．12×2πV=3．

6、14Vm（2）转过600时的瞬时感应电动势：e＝εcos600=3．14×0．5V＝1．57Vm（3）通过600角过程中产生的平均感应电动势：=NΔΦ/Δt=2．6V3144（4）电压表示数为外电路电压的有效值：U=·R＝×=1．78VRr25（5）转动一周所做的功等于电流产生的热量W＝Q＝（m）2（R2十r）·T＝0．99J111NBSsin600（6）周期内通过电阻R的电量Q＝I·T＝T＝＝66R6TRr/60．0866C【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子导线框共有N匝，线框长

7、为l，宽为l，转子的转动角速度12为ω,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)解：如图所示，有V=ωl/22二、表征交流电的物理量【例3】.交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过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

8、值为U=2U=20V。而转过m30°时刻的即时值为u=Ucos30°=17.3V。m【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i/A的有效值I。3分析：该交流周期为