（高中物理）十六交变电流 电磁场 电磁波.doc

十六、交变电流电磁场电磁波
一、知识网络

二、画龙点睛

概念

1、交变电流的产生
(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。
(2)中性面
①中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置，或瞬时感应电动势为零的位置。
②中性面的特点
a．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量Φ最大，但＝0；
b．线圈经过中性面，线圈中感应电流的方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。
线圈平面每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流的方向改变两次。
(3)交变电流的产生
以下列图是交流发电机矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程的示意图，图中只画出了一匝线圈。
甲 乙 丙 丁 戊

线圈在不断转动，电路中电流的方向也就不断改变，交变电流就是这样产生的。
2、交变电流的图象和变化规律
(1)交变电流的图象
①波形图：反映电压(或电流)随时间变化规律的图象，叫做波形图。
②交变电流图象的特点：家庭电路中交变电流的波形图象为正弦曲线。
(2)交变电流的变化规律
如果线圈从中性面开始计时，逆时针方向匀速转动，角速度ω，经时间t，线圈转到图示位置，ab边与cd边的速度方向与磁场方向夹角为ωt，如下列图。
e＝Emsinωt
i＝Imsinωt
u＝Umsinωt
交变电流的最大值表达式
Em＝NBSω
Im＝
Um＝ImR＝R
(3)交变电流的类型
①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。
正弦式电流是一种又最根本的交变电流，家庭电路中的交变电流就是正弦式交变电流。
②其它形式的交变电流
实际中应用的交变电流，不只限于正弦交变电流，它们随时间的变化规律是各种各样的。
几种交变电流的波形。
3、交流发电机
(1)交流发电机的组成
①电枢和磁极：交流发电机构造比模型复杂得多，但根本组是有产生感应电动势的线圈〔通常叫电枢〕和产生磁场的磁极。
②转子和定子：转动的局部称为转子，不动的局部称为定子。
(2)交流发电机的种类
①旋转电枢式发电机
电枢转动，磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。
②旋转磁极式发电机
磁极转动，而电枢不动的发电机，叫做旋转磁极式发电机。
③两种发电机的优缺点
旋转电枢式发电机经过裸露的滑环和电刷引到外电路，同时转动的电枢又不可能很大，产生的电压一般不超过500V。
旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。
4、最大值和有效值
(1)最大值
①最大值：交变电流的最大值，指交变电流一个周期内所能到达的最大数值。通常用Im、Em和Um表示最大值。
②意义：可表示交变电流的强弱或电压的上下。
(2)有效值
①概念
让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同时间内，产生热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。通常用大写字母U、I、E表示有效值。
跟交流热效应相同的恒定电流的值叫做交流的有效值。定义有效值时要抓三个相同。
②意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。
③正弦式交流的有效值
正弦式交流的有效值与最大值关系为：
I＝m
U＝m
例题：表示交变电流随时间变化图象，如下列图，那么交变电流有效值为〔〕
A．5AB．5A
i/A
t/s
O

AD．3.5A
解析：设有效值为I，根据有效值的定义有
()2R×＋()2R×＝I2RT
2
－4
0
1
2
3
4
i/A
t/s
解得：I＝5A
答案：B
例题：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。
解析：此题所给交流正负半周的最大值不相同，许多同学对交变电流有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交变电流的最大值是有效值的倍的关系，直接得出有效值，而对此题由于正负半周最大值不同，就无从下手。应该注意到在一个周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根据有效值的定义，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同，从焦耳定律求得。
IR·T＝I1R·+I2R·
即I＝(·+〔〕·
解得：I＝A
例题：交流发电机矩形线圈边长ab＝cd＝0.4m，bc＝ad＝0.2m，共50匝，线圈电阻r＝1Ω，线圈在B＝0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO′以r/s转速匀速转动，外接电阻9Ω，如下列图。求：
(1)电压表读数；
(2)电阻R上电功率。
解析：(1)线圈在磁场中匀速转动时，产生的感应电动势的最大值为：
Em＝NBSω＝50×××××2π＝160V。
闭合回路中产生的感应电流的有效值为：
I＝A
电阻R两端的电压的有效值为：
U＝IR＝72V≈101.5V。
(2)P＝UI＝72×8W＝1152W。
④说明
a．各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值为有效值；
b．一般交变电