A-Level物理中关于交流电知识

锦秋A-Level学院作为隶属于新航道国际教育集团的高端子品牌，专为有志于申请英国G5及英澳高校的中学生设计，紧抓中国学生理科优势，进行课程组合化。开设数学、物理、化学、生物、经济学、会计学等课程，帮助学生以优异成绩申请更好的大学。

A-Level物理考试12道大题中，会有一道Alternating Current的题，这篇文章会在简单介绍完A2部份的交流电后总结出几种题型，帮助大家更好掌握交流电的知识～

交流电的来源以及特斯拉和爱迪生之间的恩怨情仇就不多说了，切入正题，首先，交流电是怎么表示的呢？

在这里我们把交流电形容成Sinusoidal Current，因为交流电的变化规律可以用正弦曲线来表示，这是因为产生交流电的转子在定子（磁铁）之间所做的正是简谐运动（Simpleharmonic Motion）。

这张图表示了一个常见的交流电，表示方法就是，如果纵轴是V，也可以是,这里，和表示的是峰值，则是转子做间歇运动的角速度，t是时间。

既然交流电中的电压和电流都是持续变化的，那么电功率（Power）是不是也是变化的呢？

答案是肯定的。

举个例子：当你仔细观察电灯泡时，你会发现它是在闪烁的，当然因为频率太高一般不容易发现。既然功率是一直变化的，那么怎么计算平均功率呢，在这里我们引入了一个均方根（Root-mean-square value,简称r.m.s）。

Root-mean-square value of an alternating current就是The value of a direct current that delivers the same average power as the alternating current to a resistive load。所以，如果我们知道了均方根，是不是就可以算出平均功率啦？那么均方跟怎么求呢，首先，顾名思义，Root-mean-square就是Root of mean of square，所以先把I平方了，平方后的图像就变成了这样：

再取均值，就等于，再根号，就等于，所以呢，.电压的均方根，也是同样的方法计算。平均功率的计算方法，就是，注意这里的V和I都是根均值哦，否则如果取值的话，算出来的功率也会是值。

以上就是交流电的种题型，也就是计算题。要求考生通过给出的电流／电压图像，计算出各自的均方根，平均功率，活着根据均方根来计算出电压／电流。

涉及到的第二种题型，就是变压器（transformer）:

首先，是变压器的原理：如下图，橙色的是电线圈，左边的线圈中通入交流电，使得金属被磁化，产生南北极，当电流方向变化时，南北极也发生变化，这使得右边线圈的磁通量（Magnetic flux）发生变化，根据电磁感应原法拉第定律，磁通量的变化产生感应电动势，其大小与磁通量变化率成正比（，为磁通量，N为磁通匝数）。所以，由于磁场的方向是持续变化的，右边线圈中的磁通量也持续变化，由于右边的磁通匝数比左边大，所以产生的感应电压大于左边输入的电压，这样，就可以把低压转换成高压了。

关于变压器的种题型，就是计算题。通过线圈缠绕的数量，根据给出的输入电压来算出输出电压。这里需要知道的是在理想状况下，即没有能量损耗，电压之比等于线圈之比。

变压器的第二种题型就会问到关于变压器本身结构的问题，这几年常考的主要有两个问题：

1. 为什么这个Iron core is laminated？－To reduce eddy current so as to reduce energy loss.

2. 为什么要用变压器？－Forthe same power➡️higher voltage➡️lower current➡️less energy loss（thermal）

这里只给大家答题的思路，具体的还是要自己组织～

考到变压器，一般都会让大家state Faraday’s law of electromagnetic induction，所以这个一定要牢记！

第三个考点就是整流（rectification）

先来介绍一下，整流就是把输出的交流电变成直流电的过程，就是把sin图像横轴以下的部分给去掉。整流分为两种：

种就是半波整流，顾名思义，图像上只剩下了半个波，负方向的电流因为二极管的存在被消除了。

第二种是全波整流（full-waverectification），这里利用了四个二极管，使得输入的电流无论是哪个方向，都会以一个方向通过电阻R。

整流怎么考呢，一般会给你上图中左边的图像，让你画出右边的图像。或者根据右边的图像，补充不完整的左边的图像。要点就是判断对电流通过电阻R的方向。

还会考到全波整流与半波整流相较有什么优点。大家想啊，半波整流把一半的电流都给整没了，那功率岂不是小了一半，那么能量也就少了，所以全波整流的优点就是1.More output power available 2.Less ripple for the same smoothing capacitor.

第二条是什么鬼啊！这就是最后一个知识点——smoothing.

The idea is that the capacitor charges up and maintains the volt age at a highlevel. It discharges gradually when the rectified volt age drops, but the volt age soon rises again and the capacitor charges up again.

将一个电容与电阻R并联，这是的电压在变小的时候，电容释放电荷为电阻提供电压，所以电压的变化幅度（右图上显示）就会变小。注意，全波整流也可以通过此方法来减小幅度。此部分考点一是让你画出smoothing以后的图像，二是问你如何improve smoothing，答案就是使用capacitor with larger capacity or resistance with larger R so that the capacitor discharges more slowly.

以上基本就是A2物理交流电的全部考点了，祝大家学习愉快～