课件19张PPT。专题·迁移·发散专题一专题二章末复习方案与全优评估检测·发现·闯关 瞬时值、最大值、有效值和平均值常称为交流电的四值。
1．交变电流的瞬时值表达式
当线圈平面转到与中性面重合时开始计时，e＝Emsin ωt，u＝Um sin ωt，i＝Im sin ωt。
当线圈平面转到与磁感线平行时开始计时，e＝Em cos ωt，u＝Um cos ωt，i＝Im cos ωt。
在研究某一时刻线圈所受的安培力或霓虹灯的亮暗时，只能用瞬时值。 2．交变电流的最大值(以交变电动势为例)Em＝nBSω
在研究交流电路中电容器的耐压值时，应采用最大值。
3．在研究交变电流做功、电功率以及产生热量时，只能用有效值
(1)一般来说，电器上标的额定电压和额定电流的数值、交流电表测得的数值都是指有效值。 [例证1] 如图3－1所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：图3－1[答案] (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V
(4)1.78 V (5)0.99 J (6)0.086 6 C 正弦交变电流随时间变化情况可以从图像上表示出来，图像描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图3－2所示。图3－2 从图像中可以解读到以下信息：
(1)交变电流的最大值Im、Em、周期T。
(2)因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻。
(3)可找出线圈平行磁感线的时刻。
(4)判断线圈中磁通量的变化情况。
(5)分析判断i、e随时间的变化规律。图3－3 [例证2] 如图3－3所示是某种
正弦式交变电压的波形图，由图可
确定该电压的 ( )
A．周期是0.01 s
B．最大值是311 V
C．有效值是311 V
D．表达式为u＝220sin(100πt) V[答案] B
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课件37张PPT。第3章新知预习·巧设计名师课堂
·一点通要点一要点二第1节创新演练
·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升1．知道交变电流的定义，认识其与
恒定电流的区别。
2．知道交变电流周期、频率的物理
意义，掌握它们之间的关系。
3．理解交变电流有效值的物理意义，
知道正弦式交变电流有效值与峰
值的关系；并会计算交流电的有
效值。[读教材·填要点]
一、两种电流
1．恒定电流
电流的 不随时间变化。
2．交变电流
电流的大小和方向随时间做 ，俗称交流电。大小和方向周期性变化一次周期性变化的快慢周期性变化Hz二、描述交变电流的物理量
1．周期、频率、最大值、有效值产生的热量相等? 2．有关交流的常见数值及说法
(1)我国工农业生产及生活用电的周期为 s，频率为 Hz，电流方向每秒改变 次。
(2)电气元件或设备上所标的耐压值是指该设备所能承受的交流电压的 值。
(3)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是
值；交流电流表和交流电压表的示数是 值；交变电流的数值在无特别说明时都指 。0.0250100最大有效有效有效值 [关键一点] 交流电压表、电流表的读数为有效值；计算电功、电热时要用有效值；保险丝的熔断电流为有效值，电容器的击穿电压对应于最大值，计算电荷量时用平均值。答案：B2．如图3－1－1所示是穿过某线圈的磁通量随时间变化的
规律，则线圈中产生的感应电动势的周期是________s，频率是________Hz。图3－1－1解析：磁通量的变化情况是每隔0.01 s发生一次完全变化，所以它产生的感应电动势的周期也是0.01 s，所以频率是100 Hz。
答案：0.01 1003．有一电子器件，当其两端电压高于100 V时导电，等
于或低于100 V时则不导电。若把这个电子器件接到100 V、50 Hz的正弦式交变电流的电源上，这个电子器件将 ( )
A．不导电
B．每秒钟内导电50次
C．每秒钟内导电100次
D．每秒钟内导电200次解析：由题知该正弦式交流电的频率为50 Hz,100 V是有效值，其最大值为100 V，则该交变电流每秒钟电压瞬时值有100次高于100 V，所以这个电子器件每秒钟导电100次。
答案：C (1)交变电流是指方向随时间变化的电流，无论其大小是否变化，只要方向变化就是交变电流，方向不变化就是直流电，大小和方向都不变的为恒定电流。
(2)常见的几种交变电流：
交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况：图3－1－21．如图3－1－3所示的各图像中表示交变电流的是 ( )图3－1－3A．①③ B．②③
C．②④ D．①④
[审题指导] 解答本题时应把握以下两点：
(1)交变电流的特征是电流方向变化。
(2)明确图像中电流方向是否变化。 [解析] ①④两图中，因电流方向均做周期性变化，故属交变电流；而②③两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但方向不变，始终沿正方向，故为非交变电流，属直流电。
[答案] D (1)只要电流的方向发生变化，即为交变电流，若方向不变，尽管大小变化亦为直流电。
(2)在i－t或U－t图中，正负表示方向，若题中给出了i－t或U－t图，一定要注意图像的坐标原点是否为0，图中i或U值有无正负变化。 1．有效值的特点
(1)交变电流有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是由一个周期的时间来确定的。
(2)在定义有效值时应注意三“同”：①相同电阻；②相同时间；③产生相同热量。 (3)交变电流的平均值的计算不是初、末状态瞬时值的平均。
(4)有效值是一种等效替代，把恒定电流与交变电流通过相同的电阻，经过相同的时间，是指较长的时间或者是周期的整数倍。 [名师点睛] 只有正弦式交变电流才有I＝Im/的关系，而矩形交变电流的峰值与有效值不满足该关系，只能从有效值的定义及电流的热效应进行计算，计算时注意两点：一是当矩形交变电流各段绝对值不相等时，应分段计算产生的热量；二是注意取一个周期计算热量。 2. 如图3－1－4表示一交
变电流随时间变化的图像，则
此交变电流的有效值是多少？
图3－1－4[答案] 5 A1．(对应要点一)关于交变电流和直流电的说法，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，但方向不一定变化
C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性
的变化解析：直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向改变，另外交变电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电。
答案：D2．(对应要点二)图3－1－5中两交变电流分别通过相同电阻R。图3－1－5(1)分别写出它们的有效值、周期、频率；
(2)计算它们在R上产生的功率之比。
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课件59张PPT。第3章新知预习·巧设计名师课堂
·一点通要点一要点二第2节创新演练
·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点三1．认识交流发电机，了解交流发电
机的结构。
2．掌握交变电流的变化规律，熟悉
正弦交变电流的瞬时值表达式和
图像。知道中性面的概念。
3．能灵活运用正弦交变电流的图像
和三角函数表达式解决问题。[读教材·填要点]
一、交流发电机
1．原理
闭合导体与磁极之间做 。穿过闭合导体的
发生变化。
2．构造
线圈(电枢)和 两部分。相对运动磁通量磁极3．分类电枢磁极 二、交变电流的产生原理和变化规律
1．产生原理
(1)条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕
的轴匀速转动。
(2)特殊位置特点：
①中性面：线圈平面与磁感线 ，线圈经过中性面时，感应电动势、感应电流 。垂直于磁场方向垂直为零 ②与中性面垂直时：线圈的感应电动势、感应电流 。
(3)电流方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动一周，经过中性面 ，感应电流的方向改变 。最大2次2次Emsin ωtImsin ωtUmsin ωt(2)图像描述如图3－2－1所示。图3－2－1[试身手·夯基础]
1．线圈垂直于磁感线时的位置叫________，此时穿过线圈
平面的磁通量________，产生的电动势________。
答案：中性面 最大 为零2．矩形线圈在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，如果从
中性面开始计时，经时间t后，线圈平面转过的角度θ＝________，瞬时感应电动势e＝________________，感应电流为i＝_________________。此交流电通过一段导体时，导体两端的电压u＝________________。
答案：ωt Emsin ωt Imsin ωt Umsin ωt3．关于中性面，下列说法错误的是( )
A．中性面就是穿过线圈的磁通量为零的面
B．中性面就是线圈中磁通量变化率为零的面
C．线圈过中性面时，电流方向必改变
D．中性面就是线圈内感应电动势为零的面解析：线圈转至中性面时，线圈平面与磁感线垂直，所以此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，电流方向改变。
答案：A4．如图3－2－2甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场
中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则图3－2－3所示四幅图中正确的是 ( )图3－2－2图3－2－3答案：D 1．推导正弦交变电流瞬时值的
表达式
设线圈从中性面起经时间t转过
角度θ，则θ＝ωt。此时两边ab、cd
速度方向与磁感线方向的夹角分别
为ωt和180°－ωt，如图3－2－4所示，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：图3－2－42．交变电流的变化规律
(1)e＝Emsin ωt；
(2)i＝Imsin ωt；
(3)u＝Umsin ωt。 [名师点睛] 其中交流电动势的峰值Em，由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关，因此图3－2－5所示几种情况，若n、B、S、ω相同，则电动势的峰值相同。图3－2－5图3－2－6答案： (1)e＝375 sin 5πt V (2)375 V 交变电流瞬时表达式问题的破解程序：(1)观察线圈的转动轴是否与磁感线垂直；(2)从中性面开始计时，电动势是按正弦规律变化；从线圈转到与磁感线平行时开始计时，电动势是按余弦规律变化；(3)计算电动势最大值和角速度ω，写出电动势的瞬时表达式。 1．图像意义
反映了交变电流的电流(电
压)随时间变化的规律，如图
3－2－7所示。
2．通过图像可了解到信息
最大值、周期、频率。图3－2－73．特殊位置(时刻)物理量的特点 2．一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像如图
3－2－8所示，则 ( )
A．交流电的频率是4π Hz
B．当t＝0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大图3－2－8答案： B对物理图像需掌握的要点：
一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”。
二变：掌握“图与图”、“图与式”、“图与物”之间的变通。
三判：在此基础上进行正确的分析、判断。图3－2－9 (1)电路中感应电动势的最大值和有效值。
(2)电路中交流电压表和电流表的示数。
(3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电荷量。
[思路点拨] 交变电流的最大值只是一个瞬间值，对产生焦耳热无直接影响，起决定作用的是有效值。计算电荷量时要用电流的平均值。[答案]： (1)50 V 35.4 V (2)31.86 V 3.54 A
(3)0.16 C 在交变电流的电路中，电压、电流以及热量和功率都用有效值计算，电压表和电流表的示数都是指有效值，而耐压值是指最大值，电路中通过的电荷量用平均值计算。1. (对应要点一)处在匀强磁场中的矩形
线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边
转动，磁场方向平行于纸面并与ab
垂直。在t＝0时刻，线圈平面与纸
面重合(如图3－2－10所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则在图3－2－11中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图像是 ( )图3－2－10图3－2－11解析：由右手定则或者楞次定律可以确定开始时刻感应电流的方向为a→b→c→d→a，跟规定的正方向相同，而且该时刻感应电流最大，故选C。
答案：C2．(对应要点二)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感
线垂直的转轴匀速转动，如图3－2－12甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则 ( )图3－2－12A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零
B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合
C．线框产生的交变电动势的有效值为311 V
D．线框产生的交变电动势的频率为100 Hz答案：B图3－2－133．(对应要点三) 如图3－2－13所示，
一个小型旋转电枢式交流发电机，
其矩形线圈的长度为a，宽度为b，
共有n匝，总电阻为r，与线圈两
端相接触的集流环上接有一个阻
值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，
t＝0时刻线圈平面与磁感线垂直。(1)表示出线圈经过图示位置时，线圈中的感应电流的方向。
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式。
(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势。
(4)求线圈从t＝0位置开始到转过60°时的瞬时电流。答案：见解析 (1)中性面磁通量虽然最大，但该位置磁通量变化率为零，从而瞬时电动势为零。该位置是电流方向发生变化的位置。
(2)Em＝nBSω虽由矩形线圈求得，但对任何形状的线圈都适用，条件是转轴垂直于磁感应强度方向。 (3)当交流发电机的线圈从中性面开始转动计时时，产生正弦交变电流，电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωsin ωt；当线圈从垂直于中性面(磁场方向与线圈平面平行)位置开始计时时，产生余弦交变电流，电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωcos ωt。
(4)计算电功、电功率、电热用交流电的有效值，计算通过导体横截面的电荷量用交流电的平均值。
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课件48张PPT。第3章新知预习·巧设计名师课堂
·一点通要点一要点二第3节创新演练
·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点三1．通过实验了解电感对交变电流的阻
碍作用，知道感抗与哪些因素有关。
2．通过实验了解电容对交变电流的阻碍
作用，知道容抗与哪些因素有关。
3．掌握感抗、容抗对交流阻碍作用的
区别。[读教材·填要点]
一、电容、电感对直流和交流的影响
1．电阻器
对直流和交流的影响是 的。
2．电容器
不能让 通过却能让 通过，但对交流有一定的阻碍作用。
3．电感器
既能让直流通过也能让 通过，但对交流有一定的阻碍作用。相同直流交流交流二、容抗、感抗及其应用
1．容抗、感抗的比较阻碍作用阻碍作用频率自感系数直流低频交流高频 2．电容器、电感器的分类
按对交变电流的作用电容分为隔直电容器、 ；扼流圈分为低频扼流圈、
扼流圈。高频旁路电容器高频[试身手·夯基础]
1．交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根
长直导线绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则 ( )
A．I′＞I B．I′＜I
C．I′＝I D．无法比较解析：长直导线的自感系数很小，其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻，流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用。当导线绕成线圈后，电阻值未变，但自感系数增大，对交变电流的阻碍作用不但有电阻，而且有线圈的阻碍作用(感抗)。阻碍作用增大，电流减小。答案为B。
答案：B2．如图3－3－1所示，闭合开关灯泡________，在交流电
有效值不变的条件下，要使灯泡亮度增加，可采取的措施_____________________、____________________。答案：亮 使交流电频率增加 增大电容器的电容图3－3－13. 如图3－3－2所示是电视机电源部分的
滤波装置，当输入端输入含有直流成
分、交流低频成分的电流后，能在输
出端得到较稳定的直流电，试分析其
工作原理及各电容和电感的作用。图3－3－2解析：当含有多种成分的电流输入到C1两端时，由于C1具有“通交流、隔直流”的功能，电流中的交流成分被衰减；而线圈L有“通直流、阻交流”的功能，直流成分电流顺利通过L，一小部分交流通过L；到达C2两端时，由于C2具有“通交流、隔直流”的功能，C2进一步滤除电流中残余的交流成分， 这样在输出端得到较稳定的直流电。
答案：见解析 1．交变电流“通过”电容器的本质
把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，原来聚集在极板上的电荷又放出，在电路中形成放电电流。电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流电“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。 [名师点睛]
当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流。充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流，但是当电容器与交流电源相连时，由于交流电压不断变化，所以对电容器不断充电、放电，形成充、放电电流。图3－3－3 1．如图3－3－3所示，白炽灯和电
容器串联后接在交变电源的两端，当交
流电源的频率增加时 ( )
A．电容器的电容增加
B．电容器电容减小
C．电灯变暗
D．电灯变亮[审题指导] 解答本题时应把握以下两点：
(1)电容与交流电的频率无关；
(2)容抗与交流电的频率有关。 [解析] 电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A和B是错误的。当交流电源的频率增加时，电容器充放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮。
[答案] D 电容器对交流电的阻碍作用大小(容抗)与电容大小和交流电频率都有关。电容越大，容抗越小，频率越高，容抗越小。 1．电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质
交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流变化的，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。因此，感抗的产生是由线圈的自感现象引起的。直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗。 2．感抗
电感线圈对电流的阻碍作用。感抗用“XL”表示，
XL＝2πfL。其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数。
3．感抗与电感的关系
电感线圈对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感
电动势就越大，感抗就越大，对交变电流的阻碍作用也就
越大。 4．线圈(扼流圈)的分类
根据不同线圈对交流电的阻碍作用不同分类：
(1)低频扼流圈：
①构造：闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈。
②特点：匝数多、自感系数L大、电阻很小。它对低频交流会产生很大的阻碍作用，而对直流的阻碍作用则较小，故低频扼流圈的作用为“阻交流、通直流”。 (2)高频扼流圈：
①构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空心。
②特点：匝数少，自感系数L小。它只对频率很高的交流产生很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍作用较小，故高频扼流圈的作用为“阻高频、通低频”。图3－3－4 A．电流表示数增大
B．电压表示数减小
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
[思路点拨] 当交变电流通过线圈时，线圈中就要产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍电流的变化，这种阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高，阻碍作用越大。 电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压UL，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小。因电源电压有效值保持不变，故UL＝U－UR，UL增大，选项B错误。
[答案] C 电感线圈在电路中对交变电流的阻碍作用的强弱是用感抗来表示的。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定，自感系数L越大，感抗越大，交变电流的频率f越大，感抗也越大。 电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。图3－3－5 3. 在频率为f的交流电路中，如图3－3－5所示，把开关S依次分别接通R、C、L所在支路，这时通过各支路的电流的有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况中不正确的是 ( )A．通过R的电流有效值不变
B．通过C的电流有效值变大
C．通过L的电流有效值变小
D．通过R、C、L的电流有效值都不变 [解析] 电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此通过电阻的电流的有效值不变；电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，电流的频率越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此通过电感的电流的有效值变小；电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时，在相同的电压下电容器容纳的电荷量一定，频率越高，充、放电的时间越短，充、放电的电流越大，容抗越小，因此通过电容器的电流的有效值变大。故正确答案为D。
[答案] D 电阻对电流的阻碍作用与频率无关，而电容器和电感器对电流的阻碍作用与频率有关。1. (对应要点一)在如图3－3－6所示电路
中，u是有效值为220 V的交流电源，
C是电容器，R是电阻。关于交流电压
表的示数，下列说法正确的是( )
A．等于220 V
B．大于220 V
C．小于220 V
D．等于零图3－3－6解析：交变电流“通过”电容器，电阻R中有电流，电压表的示数不为零；电容器与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压。
答案：C2. (对应要点二)一个灯泡通过一个粗导线
的线圈与一交流电源相连接，如图3－
3－7所示。将一块铁插进线圈之后，
该灯将 ( )
A．变亮 B．变暗
C．对灯没影响 D．无法判断图3－3－7解析：在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是反抗电流变化的，正是这种反抗变化的特性，使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗。
答案：B3．(对应要点三)直流电源的电压与交流电源电压的有效
值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图3－3－8中的 ( )图3－3－8解析：电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路，不亮；D图中电容C有隔直流作用。所以D中灯泡最亮。
答案：D (1)当交流电“通过”电容器时，电容器不断充、放电，使电容器两极形成跟原电压相反的电压，从而阻碍电流形成容抗。频率越高，电容越大，容抗越小。
(2)电容器在电路中的常见作用：
①隔直电容器——隔直流、通交流。
②高频旁路电容器——阻低频、通高频。 (3)电感对交变电流的阻碍作用称为感抗，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大。
(4)常见电感器：
①低频扼流圈——阻交流、通直流。
②高频扼流圈——阻高频、通低频。
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