【物理】描述交变电流的物理量课件(人教选修)精讲

1、第二章第二章 交变电流交变电流第二节第二节 描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量复习回顾复习回顾( (一一) )交变电流：交变电流： 大小和方向随时间作周期性变化的电流叫大小和方向随时间作周期性变化的电流叫交变交变电流电流; ;简称简称交流电交流电。 其中按其中按正弦规律正弦规律变化的交流电叫变化的交流电叫正弦式交流电正弦式交流电。 （二）正弦式交流电的产生及变化规律（二）正弦式交流电的产生及变化规律 a.a.匀强磁场匀强磁场, , b. b.绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴, , c.c.匀速转动匀速转动. . 跟磁感线垂直的平面叫做跟磁感线垂直的平面叫做中性面中性面。 1 1、

2、产生条件：、产生条件：2 2、中性面：、中性面： a.a.磁通量最大磁通量最大， b.b.磁通量变化率为零磁通量变化率为零， c.c.无感应电动势无感应电动势。复习回顾复习回顾3 3、正弦交流电的变化规律：、正弦交流电的变化规律：（1）公式法：从中性面开始计时公式法：从中性面开始计时 瞬时电动势瞬时电动势 e=Emsint Em=NBS 瞬时电流瞬时电流 i=Imsint 瞬时电压瞬时电压 u=Umsint （2）图象法：如图所示图象法：如图所示测一测：测一测：（1） 什么叫交变电流的周期？什么叫交变电流的周期？（2）什么叫交变电流的频率？）什么叫交变电流的频率？（3）它们之间的关系是什么？）

3、它们之间的关系是什么？（4）你知道我国使用的交变电流的周期）你知道我国使用的交变电流的周期和频率各是多大吗？和频率各是多大吗？（1 1）周期：）周期： 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（4 4）角速度：一秒内线圈在匀强磁场中转动的角速度：一秒内线圈在匀强磁场中转动的角度。（弧度）角度。（弧度） （2 2）频率：）频率： 交变电流交变电流一秒内完成周期性变化的次数一秒内完成周期性变化的次数（3 3）关系：）关系：Tf1fT22一、周期和频率一、周期和频率 我国生产和生活所用交流电的周期我国生产和生活所用交流电的周期 T T=_s s，频率，频率f= f=

4、_HzHz，角速度，角速度=_=_ _rad/s_rad/s，在，在1s1s内电流的方向内电流的方向变化变化_次。次。0.0250100100生活常识：生活常识：二、峰值和有效值二、峰值和有效值（1）电容器上的标称电压值（耐压值）电容器上的标称电压值（耐压值）是电容器两极间所允许电压的最大值1、峰值峰值（最大值）：（最大值）：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值最大数值Em Um ImNBSEm（2）线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势的最大值：交流与探讨：交流与探讨：问题问题1 1：如图所示电流：如图所示电流I=2AI=2A通过一个通过一个R=2R=2的电阻。的电阻。它是恒定

5、电流。怎样计算通电它是恒定电流。怎样计算通电1 S1 S内电阻内电阻R R中产生中产生的热量的热量? ?01232i/At/S4JJRtIQ812222解：根据焦耳定律得：交流与探讨：交流与探讨：问题问题2 2：如图所示电流：如图所示电流I I通过一个通过一个R=1R=1的电阻。它不的电阻。它不是恒定电流。是恒定电流。1. 1. 怎样计算通电怎样计算通电1 S1 S内电阻内电阻R R中产生的热量中产生的热量? ?2. 2. 如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻电阻R R也能在也能在S S内产生同样的热量，这个电流是多大？内产生同样的热量，

6、这个电流是多大？-212i/At/s-100.51交流与探讨：交流与探讨：JJRtIQ8 . 22) 3 . 0122 . 011 (222解：根据焦耳定律得：AARtQIRtIQ67. 1118 . 22（1 1）定义：）定义：让交流电和恒定电流通过同样同样的电阻，如果它们在相同相同时间内，产生热量相等相等，把恒定电流的值叫交流电的有效值 。（抓三同抓三同 ）（3 3）正弦交流电正弦交流电的有效值与最大值的关系：的有效值与最大值的关系：2mUU2mII 2 2、有效值、有效值（2）物理意义：物理意义：描述交流电做功做功或热效应热效应的物理量重点说明：重点说明：A A、任何电流都有有效值，但上

7、述关系只限于、任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦交变电流正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不，对其他形式的交变电流并不适用需按适用需按定义定义计算。计算。B B、交流用电器的、交流用电器的额定电压额定电压和和额定电流额定电流指的是指的是有效值；有效值；C C、交流电流表和交流电压表交流电流表和交流电压表的读数是有效值，的读数是有效值， 对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。D D、在求交流电的在求交流电的功、功率或电热功、功率或电热时必须用交时必须用交流电的有效值。流电的有效值。 2 2、有效值、有效值 典题探究：典题探究：【例【例1】交变电流电压

8、表达式为交变电流电压表达式为u u=20sin314tV20sin314tV，求这，求这个交变电压的最大值个交变电压的最大值U U 、有效值、有效值U U、周期、周期T T、频率、频率f f。画。画出交变电流的出交变电流的u-tu-t图像。图像。 m解：Um=20VVUUm2102202sT02. 02HzTf501200-200.010.02u/Vt/s 典题探究：典题探究： 【例【例2】 如图所示为某正弦交流电流的图像，求如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。值表达式。 典题探究：典题探究： 解析：解析：

9、从图中可看出: 交变电流的周期T0.02s, 交变电流的角速度2T314rad/s 在t0.0025sT8时，电流为14.14A， 而tT8时线圈从中性面转过的角度为45 由电流表达式iImsint得：14.14Imsin45Im14.14sin4520A而2T314rad/s.故此电流的瞬时表达式为故此电流的瞬时表达式为i20sin314t(A) 典题探究：典题探究： 解析：解析：交流电的有效值等于热效应与此交流电等效交流电的有效值等于热效应与此交流电等效的恒定电流的值，为分析方便，可选交流电的一个周的恒定电流的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的有效值为期进行研究。

10、设此交变电流的有效值为I，根据交流有，根据交流有效值的定义，有：效值的定义，有：222121122I RTI RTI RT22121()2III221(4 2)(3 2)52A所以：所以： 课堂小结：课堂小结： 交变电流的交变电流的周期和频率周期和频率 1.周期周期T（s） 2.频率频率f（HZ）3.相互关系：相互关系： 交变电流的交变电流的峰值和有效值峰值和有效值 1.峰值（峰值（EmUmIm） 2.有效值（有效值（E U I ） 3.相互关系：相互关系：Tf12mUU2mII 【例【例3】如图表示一交流电的电流随时间变】如图表示一交流电的电流随时间变 化的图像，此交变电流的有效值是多大？化

11、的图像，此交变电流的有效值是多大？4 23 2 典题探究：典题探究： 反馈练习：反馈练习：1.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（别变为（ ）2.交变电流电源的电压是交变电流电源的电压是6 V，它跟电阻，它跟电阻R1、R2及电容及电容C、电压表一、电压表一起连成如图电路起连成如图电路.忽略电源内阻，忽略电源内阻，U1表示电压表示数，为保证电容器表示电压表示数，为保证电容器不击穿，电容器耐压

12、值不击穿，电容器耐压值U2，电路如图所示则（，电路如图所示则（ ）A.U1=6V 2B.B.U U2 2=6V=6VC.U1=6 V D.U26V 2A.400V,0.02s B.200V,0.02sA.400V,0.02s B.200V,0.02sC.400V,0.08s D.200V,0.08sC.400V,0.08s D.200V,0.08sBCD 反馈练习：反馈练习：3如下图所示，一矩形线圈在匀强磁场中以角速度如下图所示，一矩形线圈在匀强磁场中以角速度 匀速转动，产生的交变电动势的图象如图，则（匀速转动，产生的交变电动势的图象如图，则（ ）A.交变电流的频率是交变电流的频率是 HzB.当当t=0时，线圈平面与磁感线垂直时，线圈平面与磁感线垂直C.当当t=0.5s时，时，e有最大值有最大值D.交流电的周期是交流电的周期是0.5s4srad/40.5BD4.如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100，线圈电阻为，线圈电阻为r=3,ab=cd=0.5 m，bc=ad=0.4 m，磁感应强度，磁感应强度B=0.5 T，电阻