【高中物理知识点详解】——交变电流与发电机
交变电流是物理学中一个重要的概念，主要探讨的是电流的大小和方向随着时间周期性变化的电流。本篇内容是针对2014-2015学年高中物理沪科版选修3-2第二章“交变电流与发电机”的章末检测卷，旨在帮助学生巩固和测试这一章所学知识。
1. **交变电流的定义**：
交变电流（AC）是指电流的大小和方向会随着时间做周期性变化的电流，与之相对的是直流电（DC），直流电的电流方向恒定。题目中的电流图像分析，判断哪些是交变电流，关键在于电流是否同时变化大小和方向。
2. **交流电的表达式**：
交流电的瞬时值通常用正弦函数表示，例如题中提到的电压瞬时值表达式为u = 20sin (100πt) V，这里的20是峰值电压（最大值），100π是角频率，t是时间，表示电压随时间的变化规律。
3. **交流电的有效值**：
有效值是交流电在相同时间内产生的热效应等同于直流电的值。题目中通过计算得出，题乙所示电压的有效值为10 V，这是通过比较交流电在一个周期内的平均功率与直流电的功率来确定的。
4. **频率与电感、电容的影响**：
频率增加时，电感对交流电的阻碍作用增强，电容器的阻碍作用减弱。在电路中，这会导致电感两端的电压（V2）增加，电容两端的电压（V3）减小，而电源电压（V1）保持不变。
5. **矩形线框在磁场中的转动**：
当矩形金属线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，会产生交变电动势。如题图3所示，t=0.01s时，线框平面与磁场平行（中性面），此时电动势为零，磁通量变化率为零，即磁通量最大。
6. **滤波电路的选择**：
在需要稳定直流的情况下，设计电路时，可以通过电容滤波或电感滤波来消除交流成分。题目中的第5题，滤波电路应选择能够尽可能减少交流分量并提供稳定直流的方案，选项A的电路结构可以实现这一目标。
7. **交变电动势的特性**：
交流电动势的瞬时值表达式e = Emaxsin(ωt)中，Emax是最大值，ω是角频率。根据题目中给出的电动势e = 50sin(100πt) V，可得出最大值为50 V，角频率ω=100π rad/s，从而推算出频率f=50 Hz，周期T=0.02 s，有效值E=25 V。
8. **交流电的分析**：
图5所示的交流电压随时间变化的图像，可以用来确定电压的瞬时值、频率和有效值。从图像中，我们可以读出最大电压为100 V，周期T=0.004 s，频率f=250 Hz，而有效值通常通过峰峰值除以√2来估算。
这部分内容涵盖了交变电流的基本性质，包括它的定义、表达式、有效值、频率、周期以及它们在电路中的表现。此外，还涉及了发电机产生的原理，矩形线框在磁场中转动产生电动势的规律，以及如何通过电路设计来获取稳定的直流电。这些知识点是学习高中物理中不可或缺的部分，对于理解和应用交流电及发电机的工作原理至关重要。
