高中物理交流电公式及知识点总结思维导图

心不动则不痛

2023-01-13

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高中物理交流电公式及知识点总结

交流电是指电流大小和方向随时间作周期性变化的电流，在一个周期内的运行平均值为零。不同于直流电，它的方向是会随着时间发生改变的，而直流电没有周期性变化。

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思维导图大纲

交流电知识点整理

第一节交流电的产生和变化规律

一、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。如图15-1所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图（b）所示。而（a）、(d)为直流其中（a）为恒定电流。

二、正弦交流的产生及变化规律

1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。

2、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。

3、规律：

（1）函数表达式：从中性面开始计时，则e=NBSωsinωt。用εM表示峰值εM=NBSω，则e=εMsinωt在纯电阻电路中,电流I=sinωt=Isinωt，电压u=Usinωt。

4、交流发电机

（1）发电机的基本组成：

①用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）

②用来产生磁场的磁极

（2）发电机的基本种类

①旋转电枢式发电机（电枢动磁极不动）

②旋转磁极式发电机（磁极动电枢不动）

无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子

第二节表征交变电流的物理量

1、表征交变电流大小物理量

（1）瞬时值：对应某一时刻的交流的值，用小写字母x表示，e i u

（2）峰值：即最大的瞬时值，用大写字母表示，UmＩmεm

εm= nsBω

Ｉm=εm/ R

注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为ε=NBSω，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度ω四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。

（3）有效值：

①意义：描述交流电做功或热效应的物理量

②定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。

③正弦交流的有效值与峰值之间的关系是

注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有

的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导，如对于正负半周最大值相等的方波电流，其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即I=I。

④交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。

⑤在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。

（4）峰值、有效值、平均值在应用上的区别

峰值是交流变化中的某一瞬时值，对纯电阻电路来说，没有什么应用意义。若对含电容电路，在判断电容器是否会被击穿时，则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。

交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式

确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为

，而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值，而不能用平均值。在计算通过导体的电量时，只能用平均值，而不能用有效值。

在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值，交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值，解题中，若题示不加特别说明，提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值。

2、表征交变电流变化快慢的物理量

（1）周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s

（2）频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：Hz

（3）角频率ω：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s

（4）角速度、频率、周期的关系：

3、疑难辨析

交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈磁通量也是按正弦（或余弦）规律变化的，若从中性面开始计时，t=0时，磁通量最大，φ应为余弦函数，此刻变化率为零（切线斜率为零），时，磁通量为零，此刻变化率最大（切线斜率最大），因此从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式是正弦函数，如图所示分别是

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