1、1第 3 讲 交变电流目标定位 1.了解交变电流是怎样产生的.2.定性了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量.3.知道交变电流能通过电容器的原因，了解交变电流这一特性在电子技术中的应用.4.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系.一、电流发电机1.发电机的原理： 由于转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中激发出感应电动势.2.交变电流：大小、方向随时间做周期性变化的电流，简称交流.各种电池供给的电流只沿一个方向流动，叫做直流.想一想 你是怎样区别直流电流和交变电流的？这两种电流有何根本区别？答案 大小、方
2、向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，各种电池供给的只沿一个方向流动的电流叫做直流.这两种电流的根本区别在于交变电流的方向随时间做周期性变化，直流电流的方向不随时间变化.二、交流的变化规律1.电网中的交变电流，它的电流、电压随时间按正弦函数的规律变化，叫做正弦式电流.2.表达式： i Imsin_tu Umsin_t式中 Im、 Um分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值.3.周期和频率(1)交流完成一次周期性变化所需的时间叫做交流的周期，通常用 T 表示，它的单位是秒.交流在 1 s 内发生周期性变化的次数，叫做交流的频率，通常用 f 表示，它的单位是赫兹，简称赫，符号是 Hz.(2)周
3、期和频率的关系为 T 或 f .1f 1T想一想 家里电灯用的是交变电流，电流在最大值和零之间不断变化，但我们为什么看不到电灯的闪烁？2答案 交流电的周期是 0.02 s，电流每周期内两次达最大值，两次为零，所以电灯两次最亮的时间间隔仅 0.01 s，比人眼的视觉暂留时间要小，所以感觉不到电灯的闪烁.另外由于电灯发光是灯丝高温炽热发光，灯丝的温度变化需要有一定的时间，而电流两次最大的时间间隔很短，灯丝的温度、亮度不会有明显的变化.三、交流能够通过电容器电容器能够“隔直流，通交流” ，这一点在电子技术中有重要应用.想一想 交流电是如何“通过”电容器的？答案 由于交流电的电压值不断随时间变化，电容
4、器接到交流电源两端时，如果电压升高，则电容器充电，在电路中形成充电电流.经过峰值以后，交流电压降低，电容器放电，形成放电电流.尽管电荷实际上并没有越过两极板间的介质，但从外电路看来，导线中的电荷确实在流动，所以，电容器的充电和放电表现为交流电通过了电容器.四、交流的有效值1.交流的有效值，是根据电流的热效应来规定的：把交流和直流通过相同的电阻，如果在相同的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流的电压、电流的数值叫做交流电压、电流的有效值.2.正弦式电流的有效值和峰值之间的关系：Ie 0.707 Im Ue 0.707 UmIm2 Um2在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定
5、电流值，都是交流的有效值.想一想 我们常说“照明电路的电压是 220 V，动力电路的电压是 380 V”指的是交流电压的什么值？答案 有效值一、交流电及其产生1.直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电.交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流.2.各种发电机都由固定不动的“定子”和连续转动的“转子”组成.常见发电机有两类：(1)旋转电枢式发电机：线圈在磁场中旋转.线圈(电枢)是转子，磁体是定子.(2)旋转磁极式发电机：磁体转动，是转子；线圈不动，是定子.无论是线圈转动，还是磁体转动，都是转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线3圈中产生感应电动势.3.交流发电机的原理当闭合线圈在
6、磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈中就产生感应电流.线圈做周期性的运动，在线圈中就产生了大小和方向随时间做周期性变化的交变电流.例 1 将线圈置于范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场 B 中，各线圈的运动方式如下列图所示，则能够在线圈中产生感应电动势的是( )答案 C解析 只有 C 图穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势.针对训练 1 下图中属于交变电流的是( )答案 BC解析 根据交变电流的定义判断，大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.符合此定义的是 B、C 两图，A、D 两图中只是电流的大小做周期性变化，方向未变，不符合定义.二、
7、交流电的变化规律及描述1.正弦式交流电的变化规律：4(1)电流、电压随时间按正弦规律变化.(2)图象为正弦曲线(如图 331 所示)：图 3312.描述交流电的各物理量的关系(1)周期( T)与频率( f)周期与频率互为倒数关系，即 T 或 f .1f 1T(2)峰值与有效值对于正弦式交流电：I ， U ， EIm2 Um2 Em2对于一般的交流电要根据有效值的定义去求.(3)有效值与平均值对于某交流电，它的有效值是恒定的，可以通过峰值求得.交流电的平均值 n ，而 在不同的时间 t 内是不同的，电流的平均值 .E t E I E R在计算热量、电功、电功率时用有效值；在计算通过导体的电荷量时
8、用平均值.例 2 图 332 是一正弦式交变电流的电压图象.从图象可知电压的最大值和频率分别为( )图 332A.40 V，100 Hz B.20 V，100 HzC.40 V，50 Hz D.20 V，50 Hz答案 D解析 从图象可知电压的最大值是 20 V，周期是 0.02 s，所以频率 f 50 Hz，选项 D1T正确.5针对训练 2 在相同时间内，某正弦交流电流通过一阻值为 100 的电阻产生的热量，与一电流为 3 A 的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则( )A.此交变电流的有效值为 3 A，最大值为 3 A2B.此交变电流的有效值为 3 A，最大值为 6 A2C.电阻两端
9、的交变电压的有效值为 300 V，最大值为 600 VD.电阻两端的交变电压的有效值为 300 V，最大值为 600 V2答案 A解析 根据交变电流有效值的定义方法，易知交变电流的有效值为 3 A；根据最大值与有效值的 倍关系，易知交变电流的最大值为 3 A；根据欧姆定律 U IR，则有 U 有效 I 有2 2效 R， Um ImR，得电阻两端的交流电压的有效值为 300 V，最大值为 300 V.2对交变电流的理解1.关于交变电流的理解，下列说法正确的是( )A.大小、方向都随时间周期性变化的电流叫交变电流B.交变电流就是正弦交变电流C.我们的照明用电是交流电D.电池也是提供的交变电流答案
10、AC解析 交变电流不一定是正弦交变电流，电池提供直流电.2.如图所示图象中属于交流电的有( )答案 ABC解析 D 图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化，A、B、C 图中的电流大小、方向发生了周期性变化，据交流电的定义知 A、B、C 正确，D 错误.6交流电的变化规律及描述3.下列说法正确的是( )A.使用交流电的电器设备所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值B.用交流电流表和电压表测得的数值是有效值C.照明电路电压为 220 V 指的是有效值D.所有交变电流的有效值和最大值之间均存在 Ee ， Ue 和 Ie 的关系Em2 Um2 Im2答案 BC解析 各种使用交流电的用电器
11、铭牌上所标的数值均为有效值，故 A 项错误；交流电表测量值为有效值，故 B 项正确；照明电路电压为 220 V 是有效值，故 C 项正确；Ee ， Ue ， Ie 是正 (余)弦交变电流有效值和最大值的关系，故 D 项错误.故正确Em2 Um2 Im2答案为 B、C.4.如图 333 所示，是一个按正弦规律变化的交变电流的图象.根据图象可知该交变电流的电流有效值是_A，频率是_Hz.图 333答案 0.707 5解析 从图象可知电流的最大值是 1 A，有效值 Ie 0.707 A；周期是 0.2 s，所以频Im2率 f 5 Hz.1T(时间：60 分钟)题组一、对交变电流的理解1.关于交变电流
12、与直流电的说法中，正确的是( )A.如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B.直流电的大小可以变化，但方向一定不变C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的7D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化答案 BD2.关于交流发电机，下列说法正确的是( )A.基本构造分定子、转子两部分B.必须是线圈转动C.电流方向变化的原因是由于切割磁感线运动的方向变了D.电流大小变化的原因是因为线圈转的时快时慢答案 AC3.下列说法中正确的是( )A.直流电能通过电容器B.交流电不能通过电容器C.直流电、交流电都能通过电容器D.交流电的频率越低，电流通过电容器的能力也越低答案 D题组二、描述交流电的物
13、理量4.有一台使用交流电的电冰箱上标有额定电压为“220 V”的字样，这“220 V”是指( )A.交流电电压的瞬时值 B.交流电电压的最大值C.交流电电压的平均值 D.交流电电压的有效值答案 D5.下列关于交变电流的几种说法中，正确的是( )A.交流电器设备上所标的电压、电流值是峰值B.交流电流表和交流电压表测得的值是瞬时值C.跟交变电流有相同热效应的直流电的值是交变电流的有效值D.跟直流电有相同热效应的交变电流的值是交变电流的有效值答案 C解析 为了表明交变电流通过用电器产生的效果，用电器上所标的都是交变电流的有效值，A 错误；因为交变电流用得最多的是有效值，所以交变电流表或交变电压表测的
14、都是有效值，B 错误；根据有效值的定义可知 C 正确，D 错误.6.以下说法正确的是( )A.发电机、电动机铭牌上所标数值为有效值8B.电容器的击穿电压为所加交变电压的有效值C.交流电压表所测数值为瞬时值D.保险丝的数值为最大值答案 A题组三、交流电的表达式和图象7.如图所示，面积均为 S 的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场 B 中以角速度 匀速转动，能产生正弦交变电动势 e BS sin t 的图是( )答案 A解析 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为 e BS sin t ，由这一原理可判断，A 图中感应电动势为 e BS sin
15、 t ；B 图中的转动轴不在线圈所在平面内；C、D 图中转动轴与磁场方向平行，而不是垂直.8.一只低压教学电源输出的交流电压的瞬时值为 u10 sin(314t) V，关于该电源的规格2和使用，下列说法正确的是( )A.这个电源可以使“10 V，2 W”的灯泡正常发光B.此电源的交流电压的周期是 314 sC.此电源在 t0.01 s 时电压达到峰值D.这个电源可能把“10 V，2 F”的电容器击穿答案 AD解析 此电源有效值为 10 V，灯泡的额定电压为 10 V，故灯泡能正常发光，A 正确；此交流电周期 T s0.02 s，故 B 错误； t0.01 s T，此时 U0，2 2314 23
16、.14314 12故 C 错误；因为电源最大电压 Um10 V10 V(电容器的耐压值)，所以电容器可能被击2穿，故 D 正确.99.如图 334 所示是一正弦交变电流的电流图象，此正弦交变电流的频率和电流的有效值分别为( )图 334A.50 Hz，10 A B.50 Hz，5 A2 2C.100 Hz，10 A D.100 Hz，5 A2 2答案 B解析 由图象可知此交流电的周期 T0.02 s，故频率 f 50 Hz；由图可知此交流电1T电流的最大值为 10 A，故其有效值为 A5 A.102 210.一个正弦规律变化的交变电流的图象如图 335 所示，根据图象计算：图 335(1)交变电流的频率.(2)交变电流的有效值.(3)写出该电流的瞬时值表达式.答案 (1)50 Hz (2)10 A (3) i20sin(100 t) A2解析 (1)由图知周期 T0.02 s，故 f Hz50 Hz.1T 10.02(2)由图知峰值 Im20 A，故有效值 Ie A10 A.Im2 202 2(3)瞬时值表达式i Imsin t A， 100 rad/s，2T10所以电流瞬时值表达式为 i20sin(100 t) A.
