淺析高中物理交變電流的學(xué)習(xí)技巧

王佳興

摘 要：交變電流部分是高中階段重要的物理知識(shí)，一直以來都是高中物理的高頻考點(diǎn)。交變電流涉及知識(shí)多，關(guān)聯(lián)范圍廣，模型比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)難度也相對(duì)較大，是高中物理中的一個(gè)難點(diǎn)。本文主要介紹交變電流的基本特性，并結(jié)合常見題型，對(duì)高中生學(xué)習(xí)交變電流中常見問題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并探究相關(guān)解題思路，以期提升同學(xué)們的物理成績(jī)。

關(guān)鍵詞：高中物理;交變電流;學(xué)習(xí)技巧

電流方向隨時(shí)間變化的電流被稱為交變電流。在高中階段，交變電流是高中物理電學(xué)部分的重點(diǎn)，也是?？伎键c(diǎn)。熟悉交變電流的產(chǎn)生條件是學(xué)習(xí)交變電流的基礎(chǔ)，理解交變電流的電流特性是解題的關(guān)鍵之處。高中階段的交變電流知識(shí)內(nèi)容比較基礎(chǔ)，但是交變電流涉及知識(shí)點(diǎn)比較多，涉及范圍比較廣，給同學(xué)的學(xué)習(xí)帶來不少難度。因此，想要學(xué)好交變電流部分的知識(shí)，需要同學(xué)們?nèi)胬斫饨蛔冸娏鞯幕A(chǔ)知識(shí)，并且掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法與解題技巧，以便應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的題型。

一、高中生學(xué)習(xí)交變電流的重難點(diǎn)

交變電流是在直流電基礎(chǔ)上的一個(gè)拓展，與直流電部分的知識(shí)點(diǎn)有許多相似之處，但是由于交流電有更多的工程應(yīng)用，其與其他電學(xué)知識(shí)以及磁學(xué)知識(shí)有著更多的聯(lián)系，使得學(xué)習(xí)難度相對(duì)較大。在高中階段，重點(diǎn)是交變電流的四值（瞬時(shí)值、最大值、有效值、平均值）的理解與計(jì)算，難點(diǎn)是對(duì)產(chǎn)生交變電流的條件的理解與對(duì)交變電流電路的分析。

二、高中生學(xué)習(xí)交變電流的主要技巧

（一）強(qiáng)化基礎(chǔ)訓(xùn)練——交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律

1.交變電流的產(chǎn)生

當(dāng)閉合線圈在磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線的軸線做切割磁感線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生。當(dāng)閉合線圈為矩形線圈，磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就產(chǎn)生正弦交變電流。

當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合線圈的ab、bc、cd、da四條邊都在做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，四條邊都產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。其中ab、cd邊在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)方向相同，根據(jù)右手定則，其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)在閉合線圈中相互抵消。bc、da邊在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)方向相反，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相互疊加。

2.正弦式交變電流的變化規(guī)律（線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)）

當(dāng)線圈處于中性面位置時(shí)，磁通量最大，但由于此時(shí)刻bc、da運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向相同，不切割磁感線，磁通量的變化率為零，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)線圈與中性面垂直時(shí)，bc、da運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向垂直，磁通量為零，但是磁通量的變化率最大，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，等于NBS？棕。

應(yīng)當(dāng)特別注意的是，瞬時(shí)表達(dá)式與起始位置有關(guān)，當(dāng)線圈起始位置與中性面夾角為？漬時(shí)，e=Emsin（？棕t+？漬）

在解決電動(dòng)勢(shì)的基礎(chǔ)問題時(shí)，我們既理解交變電流產(chǎn)生的模型與產(chǎn)生的條件，還需要熟悉電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式Em=NBS？棕，e=Emsin（？棕t+？漬）。下面通過實(shí)例來幫助理解：一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，初始位置在中性面，繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO以勻角速度？棕轉(zhuǎn)動(dòng)，試說明在0～■時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)電流與磁通量的變化？遇見這類題時(shí)，我們首先判斷t=0時(shí)線圈位置與中性面的關(guān)系，再根據(jù)總結(jié)的規(guī)律進(jìn)行判斷。該題中，t=0時(shí)刻，線圈與磁場(chǎng)垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，而0～■恰好對(duì)應(yīng)四分之一個(gè)周期。在這段時(shí)間內(nèi)，磁通量逐漸減小，但是磁通量的變化率一直增大，感應(yīng)電流從最小增加到最大。

（二）掌握學(xué)習(xí)技巧

1.交變電流中的四值及其運(yùn)用技巧

“四值”是高中物理交變電流部分的一個(gè)重點(diǎn)知識(shí)，“四值”是指瞬時(shí)值、最大值、平均值和有效值。

瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，其為時(shí)間的函數(shù)。對(duì)于正弦交流電，可由e=Emsin（？棕t+？漬），i=■=■求得。

最大值：一個(gè)周期內(nèi)的最大瞬時(shí)值。顯然，當(dāng)線圈與中性面垂直時(shí)，磁通量變化率最大，瞬時(shí)電流最大，為最大值。Im=■。

平均值：交變電流圖像中圖像與坐標(biāo)軸所圍面積與時(shí)間的比值，由E=■，I=■計(jì)算。

有效值：跟交流電的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值。對(duì)于正弦交流電，有效值與峰值的對(duì)應(yīng)關(guān)系為E=■Em，I=■Im。

在沒有特殊說明時(shí)，所說的電壓、電流都是指的交變電流的有效值，電表讀的值也是有效值。有效值是交流電部分的核心，用于熱量等的計(jì)算。應(yīng)當(dāng)注意：平均功率用有效值計(jì)算而非平均值，計(jì)算瞬時(shí)功率用瞬時(shí)值而非有效值。

2.交流電路的分析

在交變電流的實(shí)際應(yīng)用中，常常與電感、電容一塊構(gòu)成回路，了解它們的工作原理及性質(zhì)是分析電路的基礎(chǔ)。電感、電容與電阻一樣，都對(duì)交變電流有阻礙作用，但是它們的性質(zhì)完全不同，容抗與感抗都不等于瞬時(shí)電壓與電流之比，而且它們只有在交流電中才有意義。

此外，電感與電容的特性也不一樣。電感有“通低頻，阻高頻”的作用，頻率越低，阻礙作用越小，在直流電路中，其相當(dāng)于短路;電感的電壓比電流超前900而電容有“通高頻，阻低頻”的作用，頻率越高，阻礙作用越小，在直流電路中，其相當(dāng)于斷路;電容的電壓比電流滯后900。

如：圖二電路中，三只電燈的亮度相同，如果將交流電的頻率調(diào)高，燈的亮度將如何變化？通過元件性質(zhì)可知，電流的頻率增大，電感線圈對(duì)電流的阻礙增大，因此電流減小，變暗;電容對(duì)電流的阻礙作用減小，故電流增大，變亮。而電阻的阻值與電流頻率無關(guān)，所以亮度不變。

3.非正弦交流電計(jì)算技巧

實(shí)際生活中，非正弦交流電也是常見的，雖然他們的波形與正弦交流電不一樣，但性質(zhì)相差不大，在解題中，從各個(gè)量定義入手即可。如：某電路電流隨時(shí)間變化的圖像如圖，求此交變電流的有效值？

因?yàn)榻涣麟姷挠行е档扔跓嵝?yīng)與此交流等效的直流電的值，為方便計(jì)算，選取交流電的一個(gè)周期進(jìn)行研究。設(shè)交流電的有效值為I，根據(jù)有效值的定義，有I2RT=■I21RT+■I22RT，

所以：I=■=■2=5A

綜上，學(xué)習(xí)交變電流部分，要結(jié)合交變電流相關(guān)概念對(duì)具體問題進(jìn)行分析，要重視對(duì)四值概念及四值方法的利用形似等知識(shí)的學(xué)習(xí)，并通過大量的習(xí)題練習(xí)，加深對(duì)知識(shí)的理解，以提高學(xué)習(xí)質(zhì)量及學(xué)習(xí)成績(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫長(zhǎng)庚.交變電流“四值”的理解與計(jì)算[J].中學(xué)生數(shù)理化，2015（11）.