淺析高中物理交變電流的學習技巧

王佳興

摘 要：交變電流部分是高中階段重要的物理知識，一直以來都是高中物理的高頻考點。交變電流涉及知識多，關聯范圍廣，模型比較抽象，學生學習難度也相對較大，是高中物理中的一個難點。本文主要介紹交變電流的基本特性，并結合常見題型，對高中生學習交變電流中常見問題進行簡要分析，并探究相關解題思路，以期提升同學們的物理成績。

關鍵詞：高中物理;交變電流;學習技巧

電流方向隨時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部分的重點，也是常考考點。熟悉交變電流的產生條件是學習交變電流的基礎，理解交變電流的電流特性是解題的關鍵之處。高中階段的交變電流知識內容比較基礎，但是交變電流涉及知識點比較多，涉及范圍比較廣，給同學的學習帶來不少難度。因此，想要學好交變電流部分的知識，需要同學們全面理解交變電流的基礎知識，并且掌握科學的學習方法與解題技巧，以便應對復雜多變的題型。

一、高中生學習交變電流的重難點

交變電流是在直流電基礎上的一個拓展，與直流電部分的知識點有許多相似之處，但是由于交流電有更多的工程應用，其與其他電學知識以及磁學知識有著更多的聯系，使得學習難度相對較大。在高中階段，重點是交變電流的四值（瞬時值、最大值、有效值、平均值）的理解與計算，難點是對產生交變電流的條件的理解與對交變電流電路的分析。

二、高中生學習交變電流的主要技巧

（一）強化基礎訓練——交變電流的產生及變化規律

1.交變電流的產生

當閉合線圈在磁場中，繞垂直于磁感線的軸線做切割磁感線的旋轉運動時，閉合線圈中就有交流電產生。當閉合線圈為矩形線圈，磁場為勻強磁場，旋轉運動為勻速轉動時，就產生正弦交變電流。

當線圈在磁場中運動時，閉合線圈的ab、bc、cd、da四條邊都在做切割磁感線的運動，四條邊都產生電動勢。其中ab、cd邊在任意時刻運動方向相同，根據右手定則，其產生的電動勢在閉合線圈中相互抵消。bc、da邊在任意時刻運動方向相反，產生的電動勢相互疊加。

2.正弦式交變電流的變化規律（線圈在中性面位置開始計時）

當線圈處于中性面位置時，磁通量最大，但由于此時刻bc、da運動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，因此感應電動勢為零。當線圈與中性面垂直時，bc、da運動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，因此感應電動勢最大，等于NBS？棕。

應當特別注意的是，瞬時表達式與起始位置有關，當線圈起始位置與中性面夾角為？漬時，e=Emsin（？棕t+？漬）

在解決電動勢的基礎問題時，我們既理解交變電流產生的模型與產生的條件，還需要熟悉電動勢的計算公式Em=NBS？棕，e=Emsin（？棕t+？漬）。下面通過實例來幫助理解：一矩形閉合線圈在勻強磁場中，初始位置在中性面，繞垂直于磁場方向的轉軸OO以勻角速度？棕轉動，試說明在0～■時間段內感應電流與磁通量的變化？遇見這類題時，我們首先判斷t=0時線圈位置與中性面的關系，再根據總結的規律進行判斷。該題中，t=0時刻，線圈與磁場垂直，磁通量最大，感應電動勢最小，而0～■恰好對應四分之一個周期。在這段時間內，磁通量逐漸減小，但是磁通量的變化率一直增大，感應電流從最小增加到最大。

（二）掌握學習技巧

1.交變電流中的四值及其運用技巧

“四值”是高中物理交變電流部分的一個重點知識，“四值”是指瞬時值、最大值、平均值和有效值。

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

最大值：一個周期內的最大瞬時值。顯然，當線圈與中性面垂直時，磁通量變化率最大，瞬時電流最大，為最大值。Im=■。

平均值：交變電流圖像中圖像與坐標軸所圍面積與時間的比值，由E=■，I=■計算。

有效值：跟交流電的熱效應等效的恒定電流的值。對于正弦交流電，有效值與峰值的對應關系為E=■Em，I=■Im。

在沒有特殊說明時，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，用于熱量等的計算。應當注意：平均功率用有效值計算而非平均值，計算瞬時功率用瞬時值而非有效值。

2.交流電路的分析

在交變電流的實際應用中，常常與電感、電容一塊構成回路，了解它們的工作原理及性質是分析電路的基礎。電感、電容與電阻一樣，都對交變電流有阻礙作用，但是它們的性質完全不同，容抗與感抗都不等于瞬時電壓與電流之比，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高，燈的亮度將如何變化？通過元件性質可知，電流的頻率增大，電感線圈對電流的阻礙增大，因此電流減小，變暗;電容對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，所以亮度不變。

3.非正弦交流電計算技巧

實際生活中，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，但性質相差不大，在解題中，從各個量定義入手即可。如：某電路電流隨時間變化的圖像如圖，求此交變電流的有效值？

因為交流電的有效值等于熱效應與此交流等效的直流電的值，為方便計算，選取交流電的一個周期進行研究。設交流電的有效值為I，根據有效值的定義，有I2RT=■I21RT+■I22RT，

所以：I=■=■2=5A

綜上，學習交變電流部分，要結合交變電流相關概念對具體問題進行分析，要重視對四值概念及四值方法的利用形似等知識的學習，并通過大量的習題練習，加深對知識的理解，以提高學習質量及學習成績。

參考文獻：

[1]孫長庚.交變電流“四值”的理解與計算[J].中學生數理化，2015（11）.