高中物理 第五章 交变电流 5.1 交变电流知识要点归纳学案 新人教版选修3-2-新人教版高二选修3-2物理学案VIP免费

5.1交变电流的产生和变化规律【要点梳理】要点一、直流电和交流电1．直流电电流的方向不随时间变化的电流或电压叫做直流电。直流电可以分为：脉动直流电和恒定电流两种形式。脉动直流电：电流或电压的大小随时间发生变化，但方向不发生变化，如图甲、乙所示。恒定电流（或恒定电压）：电流或电压的大小和方向都不随时间发生变化，如图丙、丁。2．交电流1．定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流。要点诠释：（1）方向不变的电流叫做直流，大小和方向都不变的电流叫恒定电流。（2）大小不变、方向改变的电流也是交变电流。2．产生：在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流。要点诠释：（1）矩形线框在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式，但不是唯一方式。（2）交变电流的典型特征是电流方向变化，其大小可能不变，如图所示的交变电流称为矩形交变电流，在方向变化时其大小可能不变。3．中性面：线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面。特点：（1）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，感应电流为零。（2）线圈经过中性面时，线圈中的电流方向要发生改变。线圈转一周有两次经过中性面，所以每转一周电流方向改变两次。要点二、交变电流的变化规律如图所示，该线圈从中性面起经时间转过角度，则，此时两边速度方向与磁感线方向的夹角分别为和，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：，因为，代入上式得。令（若线圈有N匝，所围面积为，则，跟线圈形状无关），则有，为电动势在时刻的瞬时值，为电动势的最大值。要点诠释：（1）电动势按正弦规律变化，仅限于线框自中性面开始计时的情形；若线圈从磁感线与线圈平面平行的位置开始计时，表达式变为：。（2）在轴和磁场垂直的前提下，交变电流的表达式与轴的位置无关。（3）若线圈给外电阻供电，设线圈本身电阻为，由闭合电路欧姆定律得：，这种按正弦规律变化的电流叫做正弦式交变电流，它是最简单又最基本的交变电流。两端的电压可记为：。要点三、交变电流的图象1．物理意义：描述交变电流（电动势、电流、电压）随时间（或角度）变化的规律。2．正弦式交变电流的图象3．几种不同类型的交变电流要点诠释：一、理解中性面和中性面的垂直面两特殊位置的不同特点及应用1．线圈平面与中性面重合时，，最大，但，，，电流方向将发生改变。2．线圈平面与中性面垂直时，，，最大，最大，最大，电流方向不变。运用以上特点结合右手定则和楞次定律，可以快速、准确地解决一些有关电磁感应现象和交变电流的问题。二、线圈转动过程中平均电动势的求法线圈在转动过程中某一段时间内或从一个位置到另一个位置的过程中所产生的电动势，称为平均电动势，它不等于始、末两时刻瞬时值的平均值，必须用法拉第电磁感应定律计算，即。同理，计算交变电流在某段时间内通过导体横截面的电荷量，也必须用平均值，即（式中）。三、如何求交变电流的瞬时值（1）确定线圈转动从哪个位置开始计时。（2）确定表达式是正弦函数还是余弦函数。（3）确定转动的角速度（的单位为“转／秒”）、最大值、初相位（即线圈的计时位置）。（4）写出表达式，代入角度求瞬时值。四、图象的分析方法（1）看清两轴物理量的物理意义，分清是何种图象。（2）分析“斜率”、“截距”、“点”表示的物理意义。（3）掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”间的对应关系。交变电流随时间的变化规律不再是简单的正比例关系，所以借助图象法来分析研究比单纯用代数的方法更简捷、直观。