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第10章
交流电及传感器
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第
1 讲
交流电的产生及描述
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第10章 第1讲
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交变电流的产生及变化规律
考点自清 1．交变电流的产生：将线圈置于 匀强磁场 中，并 绕垂直磁感线的轴 匀速转动 ，线圈中就会产生正(余)弦 交变电流．
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2. 正弦交变电流的函 数
表达式、峰值和有效 2. 命题可能性较大的知识点有交变电流 值 Ⅰ
的规律，有效值的定义和应用，变压
器的电压比和电流比及输入功率和输 出功率的求解，和与交变电流的图象
有关的题目．
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最新考纲 3．理想变压器
考向瞭望 Ⅰ 3．交变电流与电学其他知识、力学知
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(4)现实中有效值应用较多，如交流用电器铭牌上标明 的额定电压或额定电流、交流电表测出来的电流或电压值 都是有效值．一般不加特殊说明，提到交流电的电流、电 压、电动势时，都是指有效值.
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流电的有效值， 要搞清正(余)弦交流电有效值与最大值的关 Em Um Im 系(E＝ 、U＝ 、I＝ )，另外对特殊交流电(如方波交 2 2 2 流电)的有效值与最大值的关系能根据有效值的定义进行 计算．在交流电路中欧姆定律同样适用．恒定电流的有关 电功、电功率、电源效率、电源功率的计算方法在交变电 流电路中仍然成立．
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2．电容接在交流电源上，由于电容器交替进行充电和 放电，使电路中有了电流，表明交流电能通过电容，电容 虽能让交变电流通过，但对交变电流也有影响，其大小用
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容抗来表示．容抗与电容的 大小和交变电流的频率 都有关
系，电容越大、交变电流的频率 越高，容抗越 小.电容的作 用是“通交流、隔直流 ，通高频、阻低频”．
4．远距离输电
Ⅰ
识相联系的考查，特别应注意带电 粒子在交变电场中的运动问题．
4．发电和电能的输送是与实际相结合
的内容，有综合问题考查的可能.
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热点
交变电流的产生
理想变压器
本部分内容在高考中所占比例为 5%左右，在高考题 中常以选择题的形式出现，题目难度中等．命题几率较大 的知识点有交变电流的规律、有效值、变压器、 远距离输 电、图象．如 2011 年广东卷第 19 题考查了交变电流的规 律、有效值；2011 年山东卷第 20 题、2011 年天津卷第 4 题、2011 年福建卷第 15 题、浙江卷第 16 题都考查了交流 电与变压器的相关知识.
电容对交流电的阻碍作用叫做容抗．电容器的电容越 大，交流电的频率越高，充、放电进行得越快，容抗就越 小． 例如：设电容器的电容为 C，则接直流电源时 I1＝0， U 接频率为 f 的交流电源时 I2＝ (XC 为容抗)． R＋XC
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注意：①接交流电源时，电流能“通过”电容器，是 电容器在充、放电过程中，电路中就有了电流，表现为交 流“通过”了电容器． ②容抗 XC＝ 1 .说明电容器的电容 C 越大，交流电 2πfC
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路端电压 u＝iR＝ImRsinωt，令 Um＝ImR，则 u＝ Umsinωt. 如果线圈从对应图位置开始转动， 电路中感应电动势、 感应电流和路端电压将按余弦规律变化 e＝Emcosωt，i＝ Imcosωt，u＝Umcosωt.
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归纳领悟 交流电的产生是交流电部分的基础，应准确理解，重 点掌握．中性面是交流电产生过程中的一个重要位置，应 明确计时开始时线圈平面所在位置与中性面的关系．交流 电的瞬时值表达式 e＝Emsinωt、u＝Umsinωt、i＝Imsinωt 均为 t＝0 时，线圈在中性面的位置条件下的表达式．其中 Em＝nBSω，ω＝2πf.在交流电路中，交流电表测的都是交
电感和电容对交变电流的影响
考点自清
变化 1． 电感对恒定电流没有影响， 对变化的电流有阻碍其 的
作用，对交变电流也有阻碍作用，电感对交变电流阻碍作 用的大小，用 感抗来表示，感抗与线圈 自感系数和交变电 流的 频率都有关系，线圈自感系数越 大 、交变电流的频率 越 高，感抗也越大 ．电感的作用是“通 直流 、阻交流 ， 通低频、阻 高频.”
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归纳领悟 1．电感对交变电流的阻碍作用
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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，电感对 交变电流的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， 对交变电流的阻碍作用越大，感抗就越大．如下图所示，
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关于交变电流的产生和变化规律
命题规律 利用交变电流的产生和变化规律，确定
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瞬时电压、电流、最大值、有效值、平均值等．
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(2011· 天津)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，如图甲所示．产生的交变电 动势的图象如图乙所示，则( )
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电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规 律相同，如图所示．
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描述交流电的物理量
考点自清 1．瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向． 2．有效值：根据电流的热效应来规定的，即在同一 周期内，跟某一交流电使用同一电阻产生相等热量的直 流电的数值． 正弦交流电的有效值与最大值之间的关系：
3．变化规律：N 匝面积为 S 的线圈以角速度 ω 转动， 从某次经过中性面开始计时，则 e＝ NBSωsinωt ，用 Em Em e sinωt 表示峰值， Em＝ NBSω ， 则 电流 i＝ ＝ R ＝ Imsinωt . R
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归纳领悟 1．交变电流的产生 当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴 匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生．如下图所示． 关于中性面：①中性面在垂直于磁场位置．②线圈通 过中性面时，穿过线圈的磁通量最大．③线圈平面通过中 性面时感应电动势为零．④线圈平面每转过中性面时，线 圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性 面，故一周内线圈中电流方向改变两次．
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T 当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时， 线圈转过 时 4 π 间，ωt＝ ，ab 边和 cd 边都垂直切割磁感线，sinωt＝1， 2 线圈中感应电动势最大，用 Em 来表示，Em＝BSω，则 e ＝Emsinωt. e Em Em 根据闭合电路欧姆定律：i＝ ＝ sinωt，令 Im＝ ， R R R 则 i＝Imsinωt.
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归纳领悟 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应由同时间、 同电阻、同热量的直流电流来确定的；交变电流的平均值 是根据法拉第电磁感应定律中的平均感应电动势计算的．
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(2)在进行具体的计算，如求电路中的电功率、产生的 热量或保险丝的熔断电流时，应该使用有效值；求通过某 导体横截面的电荷量时应该用电流的平均值；在纯电阻电 路中运用欧姆定律时，可使用有效值或瞬时值．
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最新考纲 1. 电磁感应现象
考向瞭望 Ⅰ 1. 交变电流的知识在高考题中常以选择 题的形式出现
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Um Im Em U＝ I＝ E＝ 2 . 2， 2，
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3．周期和频率：描述交变电流变化快慢的物理量． (1)周期：完成 一次周期性 变化所需的时间． (2)频率：在 1s 内完成周期性变化的次数 .
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第10为 L，电路电压为 U，则接直 流 电 源 时， I1 ＝ U ； 接 频 率为 f 交 流 电源 时 ，I2 ＝ R＋r