第41讲 交流电 高中物理一轮复习

知识点总结

一、静电、直流电、交流电

Ø 静电：

 是一种静止不动的电，就好像把水放在一根平放的管子里，水在管中静止不动一样，也就是当电荷积聚不动时，这种电荷称为静电。

Ø 直流电：

是指方向一定而大小不变的电流，我们使用的手电筒和拖拉机、汽车上的电池都是直流电。

Ø 交流电：

 是指方向和大小都在不断改变的电流。我们常见的电灯、电动机等用的电都是交流电。在实用中，直流电用符

号'='表示，交流电用符号'~'表示。 

二、交流电的基本知识

· 1、交流电的基本概念

 交流电，简称“交流”。一般指大小  和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹。交流电随时间变化的形式可以是多种多样的。不同变化形式的交流电其应用范围和产生的效果也不同的。以正弦交流电应用最为广泛，且其他非正弦交流电一般都可以经过数学处理后，化成为正弦交流电的迭加。 

· 2、交流电的分类

· 交流电按其性质分分以下三种：

１、正弦交流电：电流和电压的大小和方向随时间呈正弦规律变化，是最基本的交流电。

２、模拟交变信号：用大小和方向都随时间变化的交流表示声音、图像信息内容的交流电称为模拟交变信号。例如模拟声音的交流称为音频信号，模拟图像的交流称为视频信号。

３、脉冲：顾名思义，脉冲含有脉动和短促的意思。将这一意义推广到电工学上泛指按一定规律（不按正弦规律）出现的电流和电压。

常见的脉冲信号有以下几种：

（１）方形波（矩形波）；

（２）三角波（斜波、锯齿波）；

（３）梯形波

（４）阶梯波；

（５）钟形波。

若交流电随时间按周期性规律变化， 则称为周期性交流电， 如下图所示：

· 3、交流电的使用意义

   在现代共农业生产和日常生活中，广泛地使用着交流电。主要原因是与直流电相比，交流电在产生、输送和使用方面具有明显的优点和重大的经济意义。例如在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。对于用户来说，采用较低的电压既安全又可降低电器设备的绝缘要求。这种电压的升高和降低，在交流供电系统中可以很方便而又经济地由变压器来实现。此外，异步电动机比起直流电动机来，具有构造简单、价格便宜，运行可靠等优点。在一些非用直流电不可的场合，如工业上的电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。 

· 4、交流电的优点

· 交流电和直流电相比有许多优点：

· 1）交流电可以利用变压器升高或降低电压，作远距离传输。

· 2）采用交流电作电源的电动机结构简单、成本低廉、工作可靠、维修方便。 

· 3）交流电可以通过变压整流装置获得任意电压值的直流电。   

三、正弦交流电的基本知识

Ø 1、正弦交流电的概念

     交流电随时间的变化，有的是有规律的，有的是无规律的。若交流电是随时间按正弦规律变化，则称为正弦交流电。正弦交流电是一种最基本的、应用最广泛的交流电。发电厂发出的交流电是正弦波，电视、雷达、通信等技术中所用的载波也是正弦波。

正弦交流电波形如：

Ø 2、正弦交流电的表示方法

    正弦交流电通常有数学表达式 （解析法）、波形图（曲线法）、矢量图（旋转矢量法）三种表达方法。

 1）数学表达式

 正弦交流电的电压、电流、数学表达式  分别为：

式中：Em(Um、Im) 振幅；w频率（W= 2兀f为频率）；初相角。

· 从上述可知，只要知道交流电的三要素（振幅、频率f、初相Φ），就可以写出它们的表达式。

2）波形图

在平面直角坐标系，用横坐标表示时间t或角度α（ωt），纵坐标表示交流电的大小，对上式可以画出它们的波形图如下。下图的初相角为0。

3）矢量图（略）

2、正弦交流电的三要素（振幅、频率、初相角）

一、振幅值和有效值

振幅值：正弦交流电的瞬时最大值称作振幅值。

有效值：交流电的有效值是与振幅值相关的一个重要参量。假设有一周期交流电i通过一电阻R，它在周期内产生的热量，与一恒定直流电流I通过该电阻R,在相同的时间内所产生的热量相等，则该直流电流I与周期交流电流i在发热方面是等效的。因而就把该直流电I的数什定义为该周期交流电i的有效值。通常，用交流电压表或万用表的交流电压档测量正弦波电压，测出的就是有效值。例如，市电电压220V就是指其有效值为220V。同样，交流电流表测出的也是交流电流的有效值。正弦交流电路的计算一般也用有效值。

二、频率f、周欺T、角频率ω

1、频率f

频率是表征交流电变化快慢的物理量。在1秒钟内，交流电正、负交替出现的次数，称为频率。频率是表征正弦波的三要素之一。频率越高表示交流电变化越快。频率的符号用“f”表示，单位为赫兹（Hz），或周/秒。电子技术中，频率越高，常采用千赫兹（kHz）、兆赫兹(MHz)、千兆赫兹(GHz)为单位，它们之间的换算关系是：1 kHz＝10³ Hz；1 MHz＝10³ kHz＝10⁶ Hz；1 GHz＝10³ MHz＝10⁶ kHz＝10⁹ Hz

我国市叫频率为50 Hz，音频信号频率在几十赫兹至十几千赫兹，电视视频信号的频率为0～6 MHz，无线电广播中波段频率为535～1605 kHz，短波段为几十兆赫兹。电视广播频率在几十兆赫兹到几百兆赫兹，雷达、通信应用的频率可有几十兆赫兹、几百兆赫兹至几千兆赫兹、甚至几十千兆赫兹。

2、周期T

周期T也是一个反映正弦交流电变化快慢的物理量。正弦交 流电变化一周（正、负交替出现一次）所需要的时间，称为交流电的周期。周期T的单位为秒、毫秒、微秒、纳秒等。它们之间的关系为：1秒（s）=10³毫秒(ms)=10⁶微秒(µs)=10⁹纳秒（ns）

周期T与频率f的关系为：f＝1/T显然，周期越长（即频率越低）表明交流电的变化越慢。

3、角频率ω

正弦交流电变化的快慢还可以用角频率ω（或称角速度）来表征。角频率ω与频率f的关系为：ω＝2лf

式中л＝3.1416。

角频率ω是指正弦交流电流每秒所经历的电角度，其单位为：弧度/秒（rad/s）。

三、初相位（略）