第三节 表征交变电流物理量

1、第三节表征交变电流的物理量第三节表征交变电流的物理量1.知道描述交变电流的物理量有峰值、有效值、瞬知道描述交变电流的物理量有峰值、有效值、瞬时值、平均值、周期、频率理解这些物理时值、平均值、周期、频率理解这些物理量的意义量的意义(重点重点)2会利用有效值的定义求交变电流的有效值会利用有效值的定义求交变电流的有效值3会应用正弦交流电的峰值与有效值的关系进行会应用正弦交流电的峰值与有效值的关系进行有关计算有关计算(重点重点)一、交变电流的周期和频率一、交变电流的周期和频率1.周期：交变电流完成一次周期：交变电流完成一次_变化所变化所需的时间，用需的时间，用T表示，单位是表示，单位是_2.频率：交变

2、电流在频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的内完成周期性变化的_，用，用f表示，单位是表示，单位是_，符号，符号_周期性周期性秒秒次数次数赫兹赫兹Hz0.0250100想一想想一想1角速度与周期和频率的关系如何？角速度与周期和频率的关系如何？二、交变电流的峰值和有效值二、交变电流的峰值和有效值1.峰值峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的定义：交变电流的电压、电流所能达到的_(2)意义：用来表示电流的意义：用来表示电流的_或电压的或电压的_(3)应用：电容器所能承受的电压要高于交流应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值电压的峰值最大数值最大数值强弱强弱高低高低2.有效值有效值

3、(1)定义：让交变电流和恒定电流分别通过相定义：让交变电流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内它们产生同阻值的电阻，如果在相同时间内它们产生的热量的热量_，这一恒定电流的数值就是相，这一恒定电流的数值就是相应交变电流的有效值应交变电流的有效值相等相等额定电压额定电压额定电流额定电流3.关系：对于正弦交变电流，有效值关系：对于正弦交变电流，有效值I、U、E与峰值与峰值Im、Um、Em之间的关系，之间的关系，I_0.707Im，U_0.707Um，E_0.707Em.想一想想一想2有效值和平均值有什么不同？有效值和平均值有什么不同？要点一交变电流的周期和频率要点一交变电流的周期和频率

4、学案导引学案导引1.周期和频率的物理意义是什么？周期和频率的物理意义是什么？2.周期、频率、角速度、转速之间的关系周期、频率、角速度、转速之间的关系如何？如何？1.周期和频率的物理意义周期和频率的物理意义交变电流的周期与频率都是描述交变电流变交变电流的周期与频率都是描述交变电流变化快慢的物理量化快慢的物理量2.周期周期T交变电流完成一次周期性变化所需的时间，交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是单位是s.周期越大，电流变化越慢，在一个周周期越大，电流变化越慢，在一个周期内，电流的方向改变期内，电流的方向改变2次次某交流电压表达式为某交流电压表达式为u20sin100t V，求，求这个交流

5、电压的最大值这个交流电压的最大值Um、周期、周期T、频率、频率f，并，并画出交变电流的画出交变电流的ut图象图象【审题指导审题指导】审题时应格外关注审题时应格外关注u20sin100t V，在表达式中隐含着电压的峰值，在表达式中隐含着电压的峰值Um和转子的角和转子的角速度速度.例例1【答案答案】见精讲精析见精讲精析【题后反思题后反思】(1)在审题时善于挖掘隐含条在审题时善于挖掘隐含条件件(2)作图象时应规范、认真，一定要注意图象作图象时应规范、认真，一定要注意图象的横纵坐标对应的物理量及相应单位的横纵坐标对应的物理量及相应单位变式训练变式训练1.某交流电压随时间的变化规律如图所示，则某交流电压

6、随时间的变化规律如图所示，则此交变电流的频率为此交变电流的频率为_Hz.线圈转动的线圈转动的角速度是角速度是_rad/s.若将此电压加在若将此电压加在10 F的电容器上，则电容器的耐压值不应小于的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_V.答案：答案：50100200要点二交变电流有效值的理解和计算要点二交变电流有效值的理解和计算学案导引学案导引1.根据什么定义交变电流的有效值？根据什么定义交变电流的有效值？2.任何交变电流的峰值都是有效值的任何交变电流的峰值都是有效值的 倍吗？倍吗？1.对交变电流有效值的理解对交变电流有效值的理解(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定交变电流的有效值是根据电

7、流的热效应定义的义的(2)等效是指恒定电流和交变电流，在相同的等效是指恒定电流和交变电流，在相同的时间内，在相同的电阻上产生的热量相同时间内，在相同的电阻上产生的热量相同(3)通常所说的交变电流的电压、电流，用电通常所说的交变电流的电压、电流，用电表测量的交变电流的电压、电流，以及用电表测量的交变电流的电压、电流，以及用电器的额定电压、额定电流，还有保险丝的熔器的额定电压、额定电流，还有保险丝的熔断电流，都是指其有效值断电流，都是指其有效值(2)当电流是按非正当电流是按非正(余余)弦规律变化时，必须弦规律变化时，必须根据电流的热效应来求解有效值，且时间一根据电流的热效应来求解有效值，且时间一般

8、取一个周期其具体做法是：假设让交变般取一个周期其具体做法是：假设让交变电流通过电阻电流通过电阻R，计算交变电流在一个周期，计算交变电流在一个周期内产生的热量内产生的热量Q(可分段计算可分段计算)，其中热量，其中热量Q用用相应的物理量的有效值表示相应的物理量的有效值表示(如如QI2Rt，QU2t/R)，进而求出相应的有效值，进而求出相应的有效值3.几种常见电流的有效值几种常见电流的有效值特别提醒：特别提醒： (1)对于正弦式电流根据最大值和对于正弦式电流根据最大值和有效值的关系求解有效值的关系求解(2)对于一段时间内电流按正弦式电流，另一对于一段时间内电流按正弦式电流，另一段时间电流恒定或为零的

9、电流，可取一个周段时间电流恒定或为零的电流，可取一个周期的时间分段，根据电流产生的热量计算其期的时间分段，根据电流产生的热量计算其有效值有效值 (2012长安一中高二检测长安一中高二检测)如图所示为如图所示为一交变电流的图象，则该交变电流的有效值一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为多大？为多大？例例2变式训练变式训练要点三交变电流中要点三交变电流中“四值四值”的对比的对比学案导引学案导引1.这四个值的物理含义是什么？这四个值的物理含义是什么？2.这四个值各有什么重要关系？这四个值各有什么重要关系？3.这四个值各自适用于什么情况？这四个值各自适用于什么情况？交变电流交变电流“四值四值”辨析辨

10、析 (双选双选)如图是某种正弦式交变电压的波如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的形图，由图可确定该电压的()A周期是周期是0.01 sB最大值是最大值是311 VC有效值是有效值是220 VD表达式为表达式为U220sin100t(V)例例3【答案答案】BC变式训练变式训练3. (单选单选)(2011高考天津卷高考天津卷)在匀强磁场中，矩在匀强磁场中，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图如图1所示，产生的交变电动势的图象如图所示，产生的交变电动势的图象如图2所所示，则示，则()At0.005 s时线框的磁通量变化率为零时线框的磁

11、通量变化率为零Bt0.01 s时线框平面与中性面重合时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为线框产生的交变电动势有效值为311 VD线框产生的交变电动势频率为线框产生的交变电动势频率为100 Hz应用交变电流的几个值解决实际问题应用交变电流的几个值解决实际问题(1)若从图示位置开始计时，求线框中感应电动若从图示位置开始计时，求线框中感应电动势的瞬时值表达式势的瞬时值表达式 (2)从图示位置开始，线框转过从图示位置开始，线框转过90的过程中，的过程中，流过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与流过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？线框转动的快慢是否有关？(3)

12、由题所给已知条件，外电路所接小灯泡能由题所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？若不能，则小灯泡实际功率为否正常发光？若不能，则小灯泡实际功率为多大？多大？【审题指导审题指导】明确瞬时值、峰值、平均值明确瞬时值、峰值、平均值、有效值的适用情况和计算式是解决这类问、有效值的适用情况和计算式是解决这类问题的前提，通过分析题意合理选择，在遇到题的前提，通过分析题意合理选择，在遇到电路问题时，欧姆定律是成立的电路问题时，欧姆定律是成立的【规律总结规律总结】(1)计算电荷量须知道平均电流计算电荷量须知道平均电流和时间，计算热量须知道电流的有效值和时和时间，计算热量须知道电流的有效值和时间，在考虑电容

13、器的耐压值时，必须用峰值，间，在考虑电容器的耐压值时，必须用峰值，这几点要牢记这几点要牢记(2)在交变电流电路中，欧姆定律是成立的，但在交变电流电路中，欧姆定律是成立的，但必须对应同一时刻的瞬时值，或都是峰值，或必须对应同一时刻的瞬时值，或都是峰值，或都是有效值都是有效值交流电与直流电交流电与直流电“大战大战”19世纪末，在爱迪生的推动下，直流电已经有世纪末，在爱迪生的推动下，直流电已经有了相当广泛的应用不过在实用中，直流电存了相当广泛的应用不过在实用中，直流电存在着很大缺点：不仅花费大量的铜线，而且不在着很大缺点：不仅花费大量的铜线，而且不能远距离输电，每平方英里地区，需要一个单能远距离输电

14、，每平方英里地区，需要一个单独的发电机供电，很不经济独的发电机供电，很不经济出生于克罗地亚的发明家特斯拉考虑采用交流出生于克罗地亚的发明家特斯拉考虑采用交流电来代替直流电交流电系统使用高电压、小电来代替直流电交流电系统使用高电压、小电流供电，然后利用变压器调节电流、电压，电流供电，然后利用变压器调节电流、电压，来适合用户需要它的突出优点是可以用细导来适合用户需要它的突出优点是可以用细导线实现远距离送电线实现远距离送电但是，这种既经济又科学的方案一提出，立即但是，这种既经济又科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对出于竞争的需要，爱遭到爱迪生的强烈反对出于竞争的需要，爱迪生声称采用交流电比直流

15、电危险得多迪生声称采用交流电比直流电危险得多为了证明交流电的安全性，特斯拉特地制作了一为了证明交流电的安全性，特斯拉特地制作了一个个“特斯拉线圈特斯拉线圈”它是由一个感应线圈、两个大它是由一个感应线圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成这电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成这种装置可以产生频率很高的高压电流，不过这种种装置可以产生频率很高的高压电流，不过这种高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理效应特斯拉在一次记者招待会上，让交流电从效应特斯拉在一次记者招待会上，让交流电从“特斯拉线圈特斯拉线圈”通过自己的身体，点亮了电灯，甚通过自己的身体，点亮了电灯，甚至还熔化了电线在场的记者个个目瞪口呆，取至还熔化