第三节　交变电流
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1.知道什么是直流，什么是交变电流．
2．定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量．(重点＋难点)
3．知道交流能通过电容器的原因，了解交流的这一特性在电子技术中的应用．(难点)
4．初步了解发电机的构造和原理．
一、交流发电机
1．结构：由固定不动的“_______”和连续转动的“________”组成.
2．原理：电磁感应现象，线圈在磁场中____产生感应电动势．
定子
转子
转动
3．交流和直流：线圈在磁场中转动时产生的_____、______随时间做_______变化的电流叫交变电流．方向不变的电流叫______．
大小
方向
周期性
直流
二、交流的变化规律
1．正弦式电流：电流、电压随时间按正弦函数的规律变化．
i＝___________，u＝___________.
2．产生：矩形线圈在匀强磁场里绕垂直于磁场的转轴以某一角速度匀速转动，线圈中将产生_____________．
Imsinωt
Umsinωt
正弦式交流电
3．描述交流电的物理量
(1)峰值：说明交变电流在变化过程中所能达到的最大值,Um、Im分别为交变电流_____、______的峰值．
(2)周期和频率
①周期：交变电流完成一次周期性变化所用的________，符号为T.我国电网交变电流的周期是_________.
电压
电流
时间
0.02s
②频率：交变电流在1 s内发生周期性变化的_______，符号为_____，单位为Hz.我国电
网交变电流的频率是_________.
次数
f
50Hz
三、交流能够通过电容器
当电容器接到交流电路上时，电容器交替进行充电和放电，电路中形成电流，电容对电流也有阻碍作用，电容器能够通_______、隔________．
交流
直流
想一想
1．当电容器接到交流电路上时，自由电荷通过电容器两极板间的绝缘介质了吗？
提示：没有．电容器通交流的实质是当电容器接到交流电路上时，电容器不断的充放电,从而使电流中有了电流，自由电荷如果通过电容器两个极板间的绝缘介质，则电容器就被击穿了．
有效值
想一想
提示：不是．只有正弦式电流的峰值和有效值之间才满足此关系．
学案导引
1．直流电和交流电的主要区别是什么？
2．根据交变电流的图象能否确定某一时刻的电压或电流？
1.直流电和交变电流
(1)直流电：方向不随时间变化的电流，称为直流电,简称直流，用字母“DC”或符号“－”表示．
(2)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，简称交流，用字母“AC”或符号“～”表示．
2．交流电的产生(如图3－3－1所示)

图3－3－1
当闭合线圈在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变化的交变电流．
3．正弦式电流的图象(如图3－3－2所示)

图3－3－2
特别提醒：(1) 电流方向随时间做周期性变
化，是交流电的最主要特征，也是交流电与直流电的最主要区别．
(2) 交变电流的方向一个周期内改变两次,我国使用的交变电流：T＝0.02 s，f＝50 Hz，电流方向每秒改变100次．
【审题指导】　根据电压的瞬时值表达式求出电压为84 V的时刻，并求出半个周期内的点亮时间，最后根据对称性求出一个周期内的点亮时间．
图3－3－3
变式训练
1．(2012·天津南开中学高二检测)一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图象如图3－3－4所示，则(　　)
图3－3－4
A．交变电流的频率是4π Hz
B．当t＝π s时，u有最大值
C．交流电的周期是2π s
D．交变电压的瞬时值表达式是u＝10sin2πt V
学案导引
1．正弦式电流的有效值是最大值的一半吗?
2．在交流电路中电压表和电流表测得的是交流电的瞬时值还是有效值？
4．有效值的应用
(1)在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电功率的计算式：P＝IU中，U、I均为有效值．
(2)在交流电路中，电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明的情况下，所给出的交变电
流的电压、电流及电功率指的都是有效值．
(3)我国民用交变电流：照明电压220 V和动力电压380 V都是指有效值．
特别提醒：“有效值”定义中有“相等时间……”相等时间不是指任意长或任意短的时间指的是一个周期或周期的整数倍．
(2012·承德学业水平预测)两个完全相同的电热器，分别通有如图3－3－5所示的峰值相等的方波交变电流和正弦式交变电流,求这两个电热器的电功率之比．
图3－3－5
【答案】　2∶1
变式训练
2．如图3－3－6所示是一交变电流的i－t图象,则该交变电流的有效值为(　　)

图3－3－6

交变电流的平均值和有效值
[经典案例]　 (14分)如图所3－3－7示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势最大值为Em＝nBSω，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：
图3－3－7
(1)通过电阻R的电荷量q.
(2)电阻R上产生的焦耳热Q.
【思路点拨】　解答本题的关键是弄清求解通过电阻的电荷量和产生的焦耳热分别用电流的瞬时值、平均值、峰值还是有效值．

【答案】　见解题样板
【误区警示】　利用交变电流的有效值和平均值解题容易出现的错误：(1)分不清有效值和平均值的应用范围，凡涉及电功、电热等电流热效应的求解都用有效值，交流电的平均值只用于通过导体电荷量的求解；

本部分内容讲解结束
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