高中物理52表征交变电流的物理量(原创精品)新人教版课件新人教版选修3

1、5.2 5.2 表征交变电流的物理量表征交变电流的物理量 一、周期和频率一、周期和频率 1 1周期（周期（T T）：）：交变电流完成一次周期性变化所交变电流完成一次周期性变化所需的时间。单位是秒（需的时间。单位是秒（s s）。）。 2 2频率（频率（f f）：）：交变电流在交变电流在1s1s内完成周期性变化内完成周期性变化的次数。单位是赫兹（的次数。单位是赫兹（HzHz）。且）。且f=1/Tf=1/T。 我国工农业生产和生活中用的交变电流我国工农业生产和生活中用的交变电流，周期，周期T=0.02 sT=0.02 s，f=50 Hzf=50 Hz，电流方向每秒改变，电流方向每秒改变100100次

2、。次。 二、峰值二、峰值( (最大值最大值) )和有效值和有效值 1 1峰值峰值( (最大值最大值) )：交变电流在一个周期内所能达交变电流在一个周期内所能达到的最大数值。到的最大数值。 用用 I Im m、E Em m表示表示 E Em m=NBSW=NBSW 思考与讨论思考与讨论 如图所示的电流通过一如图所示的电流通过一个个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1s1s内电阻内电阻R R中产生的热量中产生的热量? ?Q=IQ=I1 12 2RtRt1 1+I+I2 22 2RtRt2 2Q=1Q=12 21 10.4+20.4+22

3、21 10.6=2.8(J)0.6=2.8(J)2 2、如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻、如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R R，也能在，也能在1s1s内产生同样的热，这个电流是多大内产生同样的热，这个电流是多大? ?Q=IQ=I2 2R R（t t1 1+t+t2 2）=2.8=2.8I I2 21 11=2.81=2.8)(8 . 2AI I I2 2R(tR(t1 1+t+t2 2)=I)=I1 12 2RtRt1 1+I+I2 22 2RtRt2 2i/At/s1-2-12010.52 2有效值有效值 交流的有效值是根据电流的交流的有效值是根据电流的热效应热效应

4、来规定的。来规定的。 定义：让交流和直流通过定义：让交流和直流通过相同相同阻值的电阻，如果它们在阻值的电阻，如果它们在相同相同的的时间内产生的热量时间内产生的热量相等相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。效值。 （用（用U U、I I表示）表示）227.7.右图表示一交变电流随时间而变化的图象，此交流电流的有效值是右图表示一交变电流随时间而变化的图象，此交流电流的有效值是（ ）A.5A.5B.5AB.5AC. D.3.5AC. D.3.5A2222212TRITRIRTI21232124222）（）（II=5(A)I=5(A)B说明：说明：正弦交变电

5、流的有效值与最大值之间有如下的正弦交变电流的有效值与最大值之间有如下的关系：关系： mmI707. 02II mmU707. 02UU 我们通常说家庭电路的电压是我们通常说家庭电路的电压是220V220V，便是指有，便是指有效值。效值。 交流电器的铭牌上所标示的额定电压及额定电交流电器的铭牌上所标示的额定电压及额定电流的数值为有效值。流的数值为有效值。 一般交流电表（电压表或电流表）所测量的数一般交流电表（电压表或电流表）所测量的数值为有效值。值为有效值。 凡是没有特别说明的交变电流的数值都是有效值。凡是没有特别说明的交变电流的数值都是有效值。 220Vi/At/s+10-100.050.1

6、0.150.2例、例、 如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流请根据图象求出它的周期请根据图象求出它的周期, ,频率频率, ,最大值和有效值最大值和有效值, ,并写出电流的函数表达式并写出电流的函数表达式. .解析解析: :由图象可知由图象可知: :T=0.2s T=0.2s 根据根据 f=f=1 1/ /T T 得得: :f=5Hzf=5Hz. .AIm10 ttIifm 10sin10sin102 有效值有效值: :最大值最大值: :电流的函数表达式电流的函数表达式: :AIIm07. 72102 2222例例1 1、在相同的时间内，某正弦交流电通过一

7、阻值为100的电阻产生的热量，与一电流强度为3A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则（ ）A.此交流电的电流的有效值为3A，最大值为3 A、此交流电的电流的有效值为3A，最大值为3A B、此交流电的电流的有效值为3A，最大值6AC、电阻两端的交流电压的有效值为300V，最大值为300VD.电阻两端的交流电压的有效值为300v，最大值为 600V2此交流电的电流的有效值为此交流电的电流的有效值为I=3AI=3A最大值为最大值为32AC此交流电的电压的有效值为此交流电的电压的有效值为U=IR=300VU=IR=300V最大值为最大值为3002例2、一只低压教学电源输出的交变电压瞬时值U=1

8、0 sin314t(V)，关于该电源的规格和使用，以下说法正确的是（ ）A.这只电源可以使10V2W的灯泡正常发光B.这只电源的交变电压的周期是314sC.这只电源在t=0.01s时电压达到最大值D.“10V2F”电容器不能接在这只电源上 2此交流电的电压的有效值为此交流电的电压的有效值为U=UU=Um m/ =10 / =10V/ =10 / =10V222=2/T=314=100 T=1/50=0.02（S） 在t=0.01s时u=0P35UC承受 Um=102A D例3、发电机转子是匝数n=100，边长L=20cm的正方形线圈，其置于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，绕着垂直磁场方向的

9、轴以=100(rads)的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计时.线圈的电阻r=1，外电路电阻R=99.试求：(1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)外电阻上消耗的功率；(3)从计时开始，线圈转过/3的过程中，通过外电阻的电荷量是多少?(1) i(1) i= =I Im msinsint tI Im m=E=Em m/(R+r)/(R+r)E Em m=NBS=100=NBS=1000.50.50.20.20.20.2100=200(V)100=200(V)I Im m=E=Em m/(R+r)=200/100=2/(R+r)=200/100=2 i=Ii=Im msint=2sin

10、100tsint=2sin100t2222mII(2) P(2) P= =I I2 2R=2R=22 299=198099=1980（W W）q=Iq=It= E/(R+r) t=N/(R+r)t tt= E/(R+r) t=N/(R+r)t t= N/(R+r)=NBs/2(R+r)=0.01N/(R+r)=NBs/2(R+r)=0.01（C C）（3）=2-1=BScos /3 -BS=-BS/2abcdOORB例例4 4、如图，矩形线圈面积为、如图，矩形线圈面积为s s，匝数为，匝数为N N，线圈电阻为，线圈电阻为r r，在磁感强度为，在磁感强度为B B的匀强的匀强磁场中绕磁场中绕OOO

11、O轴以角速度轴以角速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R R。求：。求：、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；、如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达式；、如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达式；、当线圈由图示位置转过、当线圈由图示位置转过90900 0的过程中，电阻的过程中，电阻R R上所产生的热量；上所产生的热量；、当线圈由图示位置转过、当线圈由图示位置转过90900 0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。2222)(4rRSBNRQ2) 3 (REQ2)(2RrRNBSQtR

12、EQ2RtrRtNQ2)(2)(22RrRNBSQ22NBSEEmabcdOORB、当线圈由图示位置转过900的过程中，通过电阻R的电荷量。RBSRqrRNBSrRNqtNErRNtrRtNtrREtIq注意注意:计算热量用有效值计算热量用有效值计算电量用平均值计算电量用平均值1111试求图示电压的有效值：试求图示电压的有效值： 100t/suT/2T3T/22T25U U2 2T/R=UT/R=U1 12 2T/2R=25T/RT/2R=25T/RU=5U=5t/s0.10.2 0.310-1000.4i/A1212、如图所示，表示一交流电的电流、如图所示，表示一交流电的电流随时间的变化图象

13、，其中电流正值为随时间的变化图象，其中电流正值为正弦曲线的正半周，则该交流电的有正弦曲线的正半周，则该交流电的有效值为多少？效值为多少？I I2 2=I=I1 12 2/2+I/2+I2 22 2/2/2I I2 2RT=IRT=I1 12 2RT/2+IRT/2+I2 22 2RT/2RT/2357521102125222II）（反馈练习反馈练习. 图中是某一交流电电流随时间变化的图像，图中是某一交流电电流随时间变化的图像，此交流电的有效值是此交流电的有效值是 .10100 1 2 3 4 5 6 解解: 周期为周期为0.03s,后后1/3T内的有效值为内的有效值为A10Q=I1 2 R2T

14、/3+ I22 R T/3=25RT=I2 RT I=5AA225前前2/3T内的有效值为内的有效值为5Ai/ At/ 0.01s25.一个接在某直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1，若把它接到电压最大值与直流电压相等的交流电源上，该电热器所消耗的电功率为P2，则P1：P2为（ ）A.2：1B.1：2C.1：1D.1： P P1 1=U=U1 12 2/R/RP P2 2=U=U2 22 2/R/RU U2m2m=U=U1 1U U2 2=U=U2m2m/ =U/ =U1 1/ /22P P2 2=U=U2 22 2/R=U/R=U1 12 2/2R=P/2R=P1 1/2/2A226.把电

15、热器接到110V的直流电源上，每秒产生的热量为Q，现把它接到交流电源E，每秒产生的热量为2Q，则交流电压的最大值是（ ）A.110 v B.220 V C.220VD.110VQ=110Q=1102 2/R/R2Q=E2Q=E2 2/R=2/R=21101102 2/R/R2110EE Em m= E=220(V)= E=220(V)2Cn8 8、正弦交流电压、正弦交流电压U=50sin100tU=50sin100t（V V）加在一个氖管灯泡）加在一个氖管灯泡两端，已知氖管的辉光电为两端，已知氖管的辉光电为 ，求：这个氖管灯泡，求：这个氖管灯泡接在此交流电压上一个周期里发光的时间是接在此交流电

16、压上一个周期里发光的时间是 （ ）nA.0.02B.0.0025sC.0.01sD.0.005s25 2 V5025 2V根据对称性，一个周期内霓虹灯不能根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为发光的时间为4 4t t1 1，t1=T/8T= 2T= 2/ = = 2 2/100 =1/50/100 =1/50再由对称性求得一个周期内能发光的时间：再由对称性求得一个周期内能发光的时间： t=T-4tt=T-4t1 1=T/2=1/100=0.01s=T/2=1/100=0.01sC试估算在一个小时内，试估算在一个小时内，氖管氖管发光时间有多长？发光时间有多长？发光时间有半小时发光时间有半小

17、时13. 13. 一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度绕绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100n=100，穿过每匝的磁通，穿过每匝的磁通量量随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5.0r=5.0，外，外电路电阻电路电阻R=95R=95。已知感应电动势的最大值。已知感应电动势的最大值E Em m=n=nm m。其中。其中m m为为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流

18、表（内阻不计）的读数？（内阻不计）的读数？A A)(21002100 . 1200100222VnEEmmI=E/(R+r)I=E/(R+r)(2 AI =2/T=2/10-2=200 9.9.将一电热器接在将一电热器接在10V10V直流电源上，在时间直流电源上，在时间t t内可将一壶水烧开内可将一壶水烧开. .现现将电热器接到一个将电热器接到一个U=10sint(V)U=10sint(V)的交变电源上，煮开同一壶水需的交变电源上，煮开同一壶水需时间时间_；若接到另一交流电源上，需要时间为；若接到另一交流电源上，需要时间为t t3 3，那么这，那么这个交流电源最大值为个交流电源最大值为_._.

19、Q=102t/RRtQ2210）（310U）（VUm6103102t=2tQ=102t/R=U2t/3R）（V6102t10.10.某电路两端交流电压某电路两端交流电压u=Uu=Um msin100t(V)sin100t(V)，在，在t=0.005st=0.005s时刻，电时刻，电压压u u值为值为10V.10V.求接在此电路两端的电压表示数求接在此电路两端的电压表示数. .如将阻值为如将阻值为R R的电阻的电阻接在此交流电压上时功率为接在此交流电压上时功率为P P；而改接在电压为；而改接在电压为U U0 0的直流电压上时的直流电压上时功率为功率为P P2 2，求，求U U0 0值值. .u=

20、Um msin100t10=Um msin1000.00510=U10=Um msinsin/2/2Um=10(V)）（VUUm252P=U2/RP/2=U2/2R=U02/R）（VUU520227.7.右图表示一交变电流随时间而变化的图象，此交流电流右图表示一交变电流随时间而变化的图象，此交流电流的有效值是（的有效值是（ ）A.5 A.5 AB.5AC. AD.3.5AI1 2 RT/2+ I22 R T/2=I2 RT223224222）（）（II=5(A)I=5(A)B11试求图示电压的有效值：10）（VU1025）（VU25U=5(v)U=5(v)U=10(v)U=10(v)1. 1.

21、 下列关于交变电流的有效值的说法中，正确的是（下列关于交变电流的有效值的说法中，正确的是（ ）A A交变电流的有效值就是平均值；交变电流的有效值就是平均值；B B任何交变电流的最大值总是等于有效值的任何交变电流的最大值总是等于有效值的 倍；倍；C C交变电流的有效值是根据电流热效应来规定的；交变电流的有效值是根据电流热效应来规定的；D D正弦交变电流的有效值是按正弦规律变化的。正弦交变电流的有效值是按正弦规律变化的。2C2.2.下面关于交变电流的说法中正确的是（下面关于交变电流的说法中正确的是（ ）A.A.交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的最大值交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的最大值B.B.用交流电表测定的读数值是交流电的瞬时值用交流电表测定的读数值是交流电的瞬时值C.C.给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值给定的交变电流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D.D.跟交变电流有相同热效应的直流电的数值是交变电流的有效值跟交变电流有相