3.1交變電流3.2交變電流的描述一、交變電流與直流電流（1）恒定電流：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流（2）脈動(dòng)直流：方向不變，大小隨時(shí)間變化的電流2.

直流電(DC)：方向不隨時(shí)間變化的電流1.交變電流(AC)：大小、方向隨時(shí)間做周期性變化的電流，簡(jiǎn)稱交流。一、交變電流與直流電流家庭電路正弦式交流電示波器鋸齒波掃描電壓電子計(jì)算機(jī)矩形脈沖激光通信尖脈沖演示實(shí)驗(yàn)：觀察交變電流的方向二、交變發(fā)電機(jī)EF轉(zhuǎn)子定子定子：保持不動(dòng)的磁極→產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)交變發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能圓環(huán)K、L，電刷E、F→使線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持與外電路的連接轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞，即線圈abcd→切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、交變電流的產(chǎn)生二、交變電流的產(chǎn)生B⊥S，磁通量Φ最大v∥B，沒(méi)有邊切割磁感線E=0I=0中性面：與磁感線垂直的平面1.起始位置二、交變電流的產(chǎn)生2.向左轉(zhuǎn)過(guò)90°B∥S，磁通量Φ=0v⊥B，AB、CD邊垂直切割磁感線E最大I最大垂直中性面的位置A(B)D(C)感應(yīng)電流的方向：D→C→B→A二、交變電流的產(chǎn)生3.向左轉(zhuǎn)過(guò)180°中性面：與磁感線垂直的平面B⊥S，磁通量Φ最大v∥B，沒(méi)有邊切割磁感線E=0I=0二、交變電流的產(chǎn)生4.向左轉(zhuǎn)過(guò)270°B∥S，磁通量Φ=0v⊥B，AB、CD邊垂直切割磁感線E最大I最大垂直中性面的位置感應(yīng)電流的方向：A→B→C→D二、交變電流的產(chǎn)生中性面位置：垂直磁場(chǎng)方向的平面B⊥S：穿過(guò)線圈的磁通量Φ最大v∥B：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=0感應(yīng)電流I=0

磁通量變化率?Φ/?t=0每經(jīng)過(guò)中性面一次：電流方向改變一次二、交變電流的產(chǎn)生×?×?中性面的垂面：平行磁場(chǎng)方向的平面B∥S：穿過(guò)線圈的磁通量最小Φ=0v⊥B：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大

感應(yīng)電流最大

磁通量變化率?Φ/?t最大每個(gè)周期內(nèi)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周：兩次經(jīng)過(guò)中性面，電流方向改變兩次三、交變電流的變化規(guī)律BvA(B)D(C)θv11v⊥θ中性面t=0線圈與中性面的夾角AB邊的速度AB邊切割磁感線的有效速度AB邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)若為N匝線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)矩形線圈AB、CD寬L1，AD、BC長(zhǎng)L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，設(shè)線圈平面從垂直中性面的平面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，求此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。三、交變電流的變化規(guī)律矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的交變電流按照正弦函數(shù)的規(guī)律變化，稱為正弦式交流電。N：線圈匝數(shù)S：線圈面積Em：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值

Em=NBSω·sinωt若從線圈經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式：e

=NBSω·sinωt=Em·sinωteoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt-Em三、交變電流的變化規(guī)律若從線圈經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí)：流過(guò)負(fù)載的瞬時(shí)電流：負(fù)載兩端的瞬時(shí)電壓：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式：e

=NBSω·sinωt=Em·sinωt只適用純電阻電路矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的交變電流按照正弦函數(shù)的規(guī)律變化，稱為正弦式交流電。三、交變電流的變化規(guī)律eOT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πtEm─EmabcdabcdabcdKLabcdabcdKLKLKLKLEm=nBSωe

=Emsinωt三、交變電流的變化規(guī)律中性面開始計(jì)時(shí)：

瞬時(shí)值峰值/最大值e

=NBSω·sinωt

Em=NBSω與開始計(jì)時(shí)的位置無(wú)關(guān)與線圈形狀、轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)三、交變電流的變化規(guī)律vA(B)D(C)中性的垂面ωtt=0

Bv‖v⊥ωt矩形線圈AB、CD寬L1，AD、BC長(zhǎng)L2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，設(shè)線圈平面從垂直中性面的平面開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，求此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。三、交變電流的變化規(guī)律若從線圈經(jīng)過(guò)中性面的垂面開始計(jì)時(shí)：流過(guò)負(fù)載的瞬時(shí)電流：負(fù)載兩端的瞬時(shí)電壓：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式：e=NBSω·cosωt=NBSω·sin(ωt+π/2)

=Em·cosωt=Em·sin(ωt+π/2)

只適用純電阻電路矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的交變電流按照正弦函數(shù)的規(guī)律變化，稱為正弦式交流電。四、交變發(fā)電機(jī)四、交變發(fā)電機(jī)四、交變發(fā)電機(jī)五、反電動(dòng)勢(shì)V開關(guān)閉合后，導(dǎo)體棒受安培力作用向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)削弱原電源產(chǎn)生的電流，稱為反電動(dòng)勢(shì)。六、周期&頻率1.周期

T交變電流完成一次周期性變化（線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈）所需的時(shí)間，叫做周期，用T表示，國(guó)際單位是秒(s)。2.頻率

f交變電流完成周期性變化的次數(shù)與所用時(shí)間之比，叫做頻率，用

f表示，國(guó)際單位是赫茲(Hz)，數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。六、周期&頻率u/VO0.010.02t/s工業(yè)電路家庭電路周期頻率角速度f(wàn)=50Hzw=100πrad/sT=0.02s電流方向變化交變電流在一個(gè)周期內(nèi)方向變化2次100次/s七、峰值&有效值

瞬時(shí)值峰值/最大值e

=Em·sinωt

Em=NBSω中性面開始計(jì)時(shí)：七、峰值&有效值1.峰值/最大值2.瞬時(shí)值交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，叫做交變電流的峰值，通常用Em、Im、Um表示。電容器所標(biāo)的電壓值（耐壓值/擊穿電壓）是電容器兩極間所允許電壓的峰值，超過(guò)該值就有被擊穿的危險(xiǎn)。反映不同時(shí)刻交流電的大小和方向，注意起始時(shí)刻的規(guī)定計(jì)算線圈某一時(shí)刻的受力（安培力）情況七、峰值&有效值如圖為通過(guò)一個(gè)R=1Ω的電阻的電流i隨時(shí)間變化的曲線。這個(gè)電流不是恒定電流。計(jì)算通電1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量？0-0.2s內(nèi)電路中產(chǎn)生的熱量：Q1=12×1×0.2=0.2J0.2-0.5s內(nèi)電路中產(chǎn)生的熱量：Q2=22×1×0.3=1.2J0.5-0.8s內(nèi)電路中產(chǎn)生的熱量：Q3=22×1×0.3=1.2J0.8s-1s內(nèi)電路中產(chǎn)生的熱量：Q4=12×1×0.2=0.2J1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的總熱量：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J2.8J=I2×1×1I=1.67A如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過(guò)這個(gè)電阻R，能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣多的熱量，這個(gè)電流是多大？七、峰值&有效值3.有效值讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)阻值相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流的電流I、電壓U稱作此交變電流的有效值。保險(xiǎn)絲的熔斷電流銘牌的額定電壓、額定電流與電流熱效應(yīng)相關(guān)的計(jì)算：熱量、熱功率、電功率等效替代法七、峰值&有效值3.有效值讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)阻值相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流的電流I、電壓U稱作此交變電流的有效值。無(wú)特別說(shuō)明的交變電流數(shù)值電表示數(shù)：交流電壓表、交流電流表七、峰值&有效值3.有效值讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)阻值相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流的電流I、電壓U稱作此交變電流的有效值。e、u、iOTtEm、um、imT/2OT/2Tte、u、iEm、um、im正弦式交變電流七、峰值&有效值3.有效值讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)阻值相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)恒定電流的電流I、電壓U稱作此交變電流的有效值。任何電流都有有效值，但此表達(dá)式只適用于正弦式交變電流非正弦式交變電流的有效值只能通過(guò)電流的熱效應(yīng)計(jì)算：Q交流=Q直流七、峰值&有效值4.平均值平均電動(dòng)勢(shì)：平均電流：電荷量：法拉第電磁感應(yīng)定律閉合電路的歐姆定律交變電流圖象中，圖線與時(shí)間軸所圍面積與時(shí)間比值。八、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用電阻器R限流電容器C容納電荷電感器L將電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能存儲(chǔ)起來(lái)探究實(shí)驗(yàn)：電感器對(duì)交變電流的作用八、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用線圈的自感系數(shù)L

越大、交流電的頻率f越高，線圈的感抗XL

越大。由于線圈與交變電流之間的電磁感應(yīng)作用所引起的阻礙作用，叫做感抗，用字母XL表示，單位是歐(Ω)。通直流、阻交流；通低頻、阻高頻1.電感器L對(duì)交變電流的作用感抗XL=2π?L本質(zhì)：電感器有自感作用，交流電流不斷變化，產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，阻礙磁通量變化。自感電動(dòng)勢(shì)越大，阻礙作用越大。八、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用電感器的應(yīng)用——扼流圈扼流圈是電工技術(shù)和電子技術(shù)常用的元件，利用電感器對(duì)交流的阻礙作用。低頻扼流圈線圈繞在鐵芯上，匝數(shù)多，自感系數(shù)大、感抗大通直流、阻交流高頻扼流圈

線圈繞在鐵氧體上，匝數(shù)少，自感系數(shù)小、感抗小通直流，通低頻，阻高頻探究實(shí)驗(yàn)：電容器對(duì)交變電流的作用八、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用電容C

越大、交流電的頻率f越高，極板積累的電荷越多，阻礙作用越小。

電容器對(duì)交流電阻礙作用的大小，叫做容抗，用字母XC表示，單位是歐(Ω)。通交流、阻直流；通高頻、阻低頻2.電容器C對(duì)交變電流的作用容抗直流電：被絕緣介質(zhì)隔開，通電時(shí)間極短，僅在通電瞬間有短暫電流交流電：電壓升高時(shí)，對(duì)電容器充電，有充電電流；電壓降低時(shí)，電容器放電，有放電電流；充、放電過(guò)程表現(xiàn)為“通過(guò)“電容器，實(shí)際沒(méi)有電荷通過(guò)電介質(zhì)。

本質(zhì)：極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷具有反抗作用八、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用隔直電容器/耦合電容高頻旁路電容器電容器串聯(lián)在電路中(C大)通交流，隔直流電容器并聯(lián)在電路中(C小)通低頻，阻高頻八、電感器和電容器對(duì)交變電流的作用通交流隔直流通高頻阻低頻通直流阻交流通低頻阻高頻對(duì)直流、交流均有阻礙作用電路特點(diǎn)極板上