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第十四章：交变电流 本章在高考中的地位：本章是电磁感应定律的应用和延伸，也是高中物理电磁学知识的收尾。高考对交流电的产生和变压器的原理要求较高，而对电磁场的电磁波仅限于一般性认识和了解，特别注意电磁振荡及LC回路不再列为高考要求，因而也不必在此浪费时间。复习的重点是交流电的的变化规律及其描述（包括图象）、有效值的概念、理想变压器的原理、电能输送中相关计算等。特别是交变电流知识和力学知识的综合应用问题，要引起足够重视，如2003年高考“自行车头灯”问题。还有带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动问题等，复习过程中，要注意适量训练，提高综合应用能力。 一、复习要点 1、交变电流的产生、变化规律及图象表达 2、表征交变电的物理量、交变电的有效值 3、电感和电容对交变电的影响 4、变压器的构造、作用、原理 5、理想变压器的理想化条件及规律 6、远距离输电 交变电流的产生、描述『夯实基础知识』1、交变电流的几个基本问题 （1）交变电流的意义 ①交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。 ②正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流。 （2）产生交变电流的基本原理 交变电流的产生，一般都是借助于电磁感应现象得以实现的。因此，可以说，产生交变电流的基本原理，就是电磁感应现象中所遵循的规律——法拉第电磁感应定律。 （3）产生交变电流的基本方式 一般来说，利用电磁感应现象来产生交变电流的具体操作方式可以有很多种。例如，使图中所示的线圈在匀强磁场中往复振动，就可以在线圈中产生方向交替变化的交变电流。但这种产生交变电流的操作方式至少有如下两个方面的不足：第一，操纵线圈使之往复振动，相对而言是比较困难的；第二，使线圈往复振动而产生的交变电流，其规律相对而言是比较复杂的。正因为如此，尽管理论上产生交变电流的具体操作方式可以有很多种，但人们却往往都是选择了操作较为方便且产生的交变电流的规律较为简单的一种基本方式——使线圈在匀强磁场中相对做匀速转动而切割磁感线来产生交变电流。这几乎是所有交流发电机的基本模型。 （4）正弦式电流的产生 ①产生方法：如图所示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式电流。 ②中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。 （3）交变电流的规律（以交变电动势为例） ①函数形式：N匝面积为S的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt，用Em表示峰值NBSω，则e=Emsinωt，电流。 ②图象表示如图所示 二、表征交变电流的物理量 1、周期和频率 交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。 ①周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。 ②频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交变电流变化越快。 ③关系： 2、瞬时值、最大值、有效值和平均值 （1）感应电动势瞬时值表达式： 若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）。 感应电流瞬时值表达式：（安） 若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：（伏）。 感应电流瞬时值表达式：（安） 在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。 （2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。 ——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。应强调指出的是，与线形状无关，与转轴位置无关，其表达式为。在考虑交流电路中电容器耐压值时，应采用最大值。 （3）交变电流的有效值 ①有效值是根据电流的热效应来规定的，在周期的整数倍时间内（一般交变电流周期较短，如市电周期仅为0，02s，因而对于我们所考察的较长时间来说，基本上均可视为周期的整数倍），如果交变电流与某恒定电流流过相同电阻时其热效应相同，则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值。注意：这是在三个相同下的等效。 ②正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为：。 上述关系式只适用于线圈在匀强磁场中相对做匀速转动时产生的正弦交变电流，对于用其他方式产生的其他交变电流，其有效值与最大值间的关系一般与此不同，其它形式的交流电按热效应相同进行计算，利用分阶段计算效变电流一个周期内在某电阻上产生的热量，然后令其与直流电在相同时间内在同一电阻上产生的热量相等，此时直流电的值为交变电流的有效值。这是根据有效值的定义作具体分析。 ③一般交变电流表直接测出的是交变电流的有效值，一般用电器铭牌上直接标出的是交变电流的有效值