【市级公开课课件】3.2.1交变电流的描述课件（人教版2019选择性必修第二册）

1、第第三三章章 交变电流交变电流人 教 版 （人 教 版 （ 2 0 1 9 ） 高 中 物 理 选 择 性 必 修 第 一 册） 高 中 物 理 选 择 性 必 修 第 一 册C O N T E N T SC O N T E N T S周期和频率周期和频率交变电流交变电流“四值四值”典例分析典例分析目录复习巩固复习巩固匀强磁场匀强磁场绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴匀速转动匀速转动瞬时电动势瞬时电动势：e=Emsint 瞬时电流：瞬时电流： i=Imsint 瞬时电压：瞬时电压： u=Umsint 峰值：峰值：Em=NBS rRNBSIm峰值：NBSrRRUm峰值：大小和大小和方向方向

2、都随时间做周期性的变化都随时间做周期性的变化. .简称交流。简称交流。周期性变化周期性变化的交变电流的交变电流复习巩固复习巩固01周期和频率3. 3. 关系关系：我国工业和家庭电路中的交变电流的周期频率角速度T = 0.02 sf = 50 Hz = 100 rad / su / VO0.010.02t/s220 2-220 2380 2-380 2工业家庭1.1. 周期（周期（T T）：交变电流：交变电流完成完成一次周期性变化一次周期性变化( (线圈线圈转动一圈转动一圈) )所需的所需的时间。时间。国际单位国际单位是是 s s2. 2. 频率（频率（f f）：1s1s内内交变电流完成周期性变

3、化的交变电流完成周期性变化的次数。次数。单位是单位是 HzHz nfT222Tf1电流方向变化次100 / s在一个周期内，交变电流的方向变化在一个周期内，交变电流的方向变化2 2次次峰值峰值u / VO0.010.02t/s220 2-220 2380 2-380 2工业家庭我国工业和家庭电路中的交变电流的u-t 图例题：如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图，分析下列问题：（1）交流电流完成一次周期性变化（线圈转动一圈）所用多少时间？（2）交流电流在1s内完成多少次周期性变化？（3）由前2问，可知周期和频率有什么关系？（4）在1s内电流方向变化多少次？0.02 s周期 T1= 50

4、 / s0.02s频率 f1T =f次次250 / s = 100/ su / VO12t/ 10-2 s3220 2-220 202交变电流“四值” 峰值：峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用常用E Em m、I Im m和和U Um m表示峰值。表示峰值。电动势峰值：Em=NBS rRNBSrREImm电流峰值：NBSrRRErRRUmm电压峰值： 电容器电容器上的标称电压值上的标称电压值（又叫耐（又叫耐压压值或击穿电压）值或击穿电压）是是电容器两极间所允许电压的电容器两极间所允许电压的峰值峰

5、值超过该值就有被击超过该值就有被击穿的危险。穿的危险。、峰值（最大值）额定电压额定电压: : 电容器电容器长期工作长期工作时所能承受的时所能承受的电压电压 电容电容耐耐压值（最大值压值（最大值) )、瞬时值瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向若若从从中性面中性面开始开始计时，计时，正弦交流瞬时值表达式为：sinmeEtsinmuUtsinmiIt 如图所示电流如图所示电流I=2A通过一个通过一个R=2的电阻。它是恒定电流。的电阻。它是恒定电流。怎样计算通电怎样计算通电1s内电阻内电阻R中产生的热量中产生的热量? 如图所示电流如图所示电流I 通过一

6、个通过一个R=1的电阻。它不是恒定电流。的电阻。它不是恒定电流。怎样计算通电怎样计算通电1 s内电阻内电阻R中产生的热量中产生的热量? 如果有一大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻如果有一大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在也能在s内产生同样热量，这个电流是多大？内产生同样热量，这个电流是多大？JJRtIQ812222J8 . 2424323222121RtIRtIRtIRtIQA67.12RtQIRtIQ 定义：定义：让交流电和恒定电流通过让交流电和恒定电流通过阻值阻值相同相同的电阻，如果它们在的电阻，如果它们在相同相同时间时间（一（一个周期）个周期）内，产生内，产生热量相等热量

7、相等，则把这个恒定电流，则把这个恒定电流的电流的电流I I、电压、电压U U，叫作该交，叫作该交流电流电的有效值的有效值 。 意义：意义：描述交变电流描述交变电流做功做功或或热效应热效应的物理量。的物理量。如：某交流电有效电压为如：某交流电有效电压为220V220V，表示该交流电在一个周期内产生的热量相当，表示该交流电在一个周期内产生的热量相当于于220V220V稳恒电压在同一周期内产生的热量稳恒电压在同一周期内产生的热量、有效值注意注意：定义有效值时要：定义有效值时要“三同三同”：电阻相同电阻相同，时间相同（一个周期）时间相同（一个周期），热量相同热量相同。保险丝的熔断电流是指有效值无特别说

8、明时提到的交变电流的数值是指有效值交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值交流电压表、电流表测量的数值是指有效值（2 2）一般）一般交流交流电流表和交流电压表的读数电流表和交流电压表的读数是有效值是有效值（3 3）保险丝）保险丝的的熔断电流熔断电流是有效值是有效值与热有关的与热有关的交变电流的功、功率、热交变电流的功、功率、热量等均用有效值；量等均用有效值；（1 1）交流）交流用电器上标出的用电器上标出的额定电压和额定电流额定电压和额定电流指的是有效值；指的是有效值；（4 4）以后）以后提到的交变流电的数值，若提到的交变流电的数值，若没有特殊说明的均指有效值没有特殊说明的均指有效值22

9、21122I RT = I RtI RtAI = 4解得：22224 20I=11即：i/ AO1t/s4 2234例题：求该电流的有效电流和有效电压？R=1VU = IR = 4 正弦式交变电流的有效值与最大值的关系：U =Um = 0.707UmI =Im = 0.707ImE =Em = 0.707Eme、u、iOTtEm、um、im-Em、-um、-imT/2OT/2Tte、u、iEm、um、im-Em、-um、-im注意：（1）任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦式交变电流（2）对非正弦式交变电流有效值只能通过电流的热效应计算交流交流恒定电流恒定电流通过大小相通过大小相同电阻同电

10、阻R在交流电的在交流电的一个周期内一个周期内交流的有效交流的有效值为值为怎样求一般交流电的有效值Q交交=Q直直甲、乙图中电炉烧水甲、乙图中电炉烧水, ,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同若直设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同若直流电源用流电源用1010分钟把水烧开，而第二次用交流电时也用分钟把水烧开，而第二次用交流电时也用1010分钟把水烧开分钟把水烧开电炉烧水电炉烧水交流电的热效果和直流电相同交流电的热效果和直流电相同我 的 电流 是 恒定的3A我10分钟把水烧开我 1 0 分钟 也 把水烧开！我 的 电流 是 变化的我的电流有效值也是3A几种几种常见交变电流的有效值常见交变电流的有

11、效值几种几种常见交变电流的有效值常见交变电流的有效值解析解析例例1 1、如图所示为一交变电流随时间变化的图像如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值为，此交变电流的有效值为( () )B BA. 5 A B.5 A A. 5 A B.5 A C. 3.5 A D.3.5AC. 3.5 A D.3.5A解得解得I I5 A.5 A.根据有效值的定义可得，根据有效值的定义可得，例2：如图所示交变电流图象为某一正弦式交变电流更换负值后的it 图象，求该交变电流的有效值.例3：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。该阻值为r

12、=4 的线圈与一个R6 的电阻构成闭合电路。（1）交变电流的周期和频率？（2）交变电流的电动势的最大值和有效值？（3）感应电动势的瞬时值表达式？（4）若改变交流电源的频率，保持其峰值不变，其电动势的有效值是否改变？（5）交流电流表、电压表的示数？（6）电阻的热功率？sT0.2501f= 4 HZTVmE2022VmEE =10 me = E sin2ft = 20sin8t V2VU=IR 6不变EI =2AR+ r2P = I R = 12 W2UP = 12 WR或、平均值 平均电动势：ENt 平均电流：)(rRtNrREI 电荷量：rRNtIq计算计算电荷量电荷量用平均值用平均值StE

13、=平均感应电动势eOttS不易求！问：该如何计算平均感应电动势？E = Nt法拉第电磁感应定律:vOttStv =平均速度SStI =平均感应电流iOttS不易求！问：该如何计算感应电流的平均值？EI =R+ r闭合电路欧姆定律:问：那在一段时间内，如何计算通过线圈的电荷量？ 电流的定义式:q = I t = NR+ r项目项目物理含义物理含义重要关系重要关系适用情况适用情况瞬时值瞬时值交变电流某一时刻的值交变电流某一时刻的值计算线圈计算线圈某一时刻某一时刻的受力的受力（安培力安培力）情况情况最大值最大值最大的瞬时值最大的瞬时值确定确定电容器电容器的的耐压值耐压值或击穿电压或击穿电压有效值有效

14、值跟交变电流的跟交变电流的热效应等效热效应等效的的恒定电流值、电压值恒定电流值、电压值正弦式正弦式交变电流交变电流(1)电流热效应电流热效应相关量相关量(如如功、功、功率功率、热量热量)(2)交流电表交流电表（电压表、电流表）（电压表、电流表）的测量值的测量值(3)电气设备电气设备铭牌铭牌标注标注额定电压额定电压、额定电流额定电流(4)保险丝保险丝的熔断电流的熔断电流平均值平均值交变电流图象中图线与时间交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间比值轴所围面积与时间比值(1)某段时间某段时间内内产生的产生的平均感应电动势平均感应电动势(2)某段时间某段时间内内产生产生感应电流的平均值感应电流的平均

15、值(3)某段时间某段时间内通过内通过横截面的横截面的电荷量电荷量me = E sintmE= NBSq = NR+ rE = nt/2/2/2mmmE = EU = UI = IEI =R+ r例例：如图如图所示所示交流发电机的矩形线圈边长交流发电机的矩形线圈边长abcd0.4 m，adbc0.2 m，线圈匝数，线圈匝数N100，电阻电阻r1 ，线圈在磁感应强度，线圈在磁感应强度B0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以100 rad/s的的角速度匀速转动，外接电阻角速度匀速转动，外接电阻R9 ，以图示时刻开始计时，则，以图示时刻开始计时，则(1)(1)感应电动势

16、的最大值感应电动势的最大值(2)(2)由图示位置转过由图示位置转过6060时的瞬时感应电动势时的瞬时感应电动势(3)(3)由图示位置转过由图示位置转过6060的过程中产生的平均感应电动势的过程中产生的平均感应电动势(4)(4)由图示位置转过由图示位置转过6060的过程中通过电阻的过程中通过电阻R R的电荷量的电荷量 (5)(5)交流电压表的示数交流电压表的示数(6)(6)线圈转动一周产生的总热量线圈转动一周产生的总热量=160 VmE= 80 Ve3E = 240 V= 72 2 VU= 25.6 J2Q3q = 0.08 C03典例分析1 1如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应

17、垂直的转轴匀速转动，产如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（）生的交变电动势的图象如图乙所示，则（）A A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311V311VB B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100Hz100HzC Ct=0.005st=0.005s时，线框的磁通量变化率为零时，线框的磁通量变化率为零D Dt=0.01st=0.01s时，线框平面与中性面重合时，线框平面与中性面重合D2 2某交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间某交流发电机中，矩形金

18、属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间的关系如图所示如果此线圈和一个的关系如图所示如果此线圈和一个R=R=100100的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法中正确的是（）阻，下列说法中正确的是（）A A交变电流的周期为交变电流的周期为0.04s0.04sB B电阻电阻R R两端的有效电压是两端的有效电压是100V100VC C交变电流的有效值为交变电流的有效值为1A1AD D交变电流的最大值为交变电流的最大值为1A1AADC2 2如图所示，图线如图所示，图线a a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当是线圈在匀强磁场中

19、匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线b b所示，转动轴垂直于磁场方向。所示，转动轴垂直于磁场方向。则下列说法中错误的是（）则下列说法中错误的是（）A A在图中在图中t=0t=0时刻穿过线圈的磁通量均为最大时刻穿过线圈的磁通量均为最大B B线圈先后两次转动的角速度之比为线圈先后两次转动的角速度之比为3:23:2C C图线图线b b所对应的电动势的有效值为所对应的电动势的有效值为 V VD D图线图线a a所对应的电动势的瞬时值表达式为所对应的电动势的瞬时值表达式为 （V V）20320sin5et3 3

20、先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是（）对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是（）A A第一、第二次，灯泡两端的电压之比为第一、第二次，灯泡两端的电压之比为1:21:2B B第一、第二次，通过灯泡的电流之比是第一、第二次，通过灯泡的电流之比是2:12:1C C第一、第二次，灯泡电功率之比是第一、第二次，灯泡电功率

21、之比是1:21:2D D第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是1:41:4CB4 4如图所示，一矩形线圈的面积为如图所示，一矩形线圈的面积为S S，匝数为，匝数为N N，电阻为，电阻为r r，处于磁感应强度大小为，处于磁感应强度大小为B B的的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OOOO以角速度以角速度匀速运动。线圈通过滑环与定匀速运动。线圈通过滑环与定值电阻值电阻R R及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为U U，从线圈平面与磁感，从线圈平面与磁感线

22、平行的位置开始计时，则（）线平行的位置开始计时，则（）A AR R两端电压瞬时值的表达式为两端电压瞬时值的表达式为B B理想电流表的示数为理想电流表的示数为C C从从 到到 的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零D D若若=100 rad/s=100 rad/s，通过，通过R R的电流每秒钟方向改变的电流每秒钟方向改变5050次次2sinRuUt22()NBSIRr2326 6如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分），如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分），则下列说法正确的是（）则下列说法正确的是（）A A这是一种交变电流这是一种交变电流B B电流的变化周期为电流的变化周期为0.015s0.015sC C电流通过电流通过100100电阻时，