新教材高中物理第3章交变电流与远距离输电第1节交变电流的特点课件鲁科版选择性

第1节交变电流的特点第3章2021学习目标1.知道什么是交变电流。(物理观念)2.通过实验探究恒定电流与交变电流的区别。(科学探究)3.知道交变电流的周期和频率、最大值和有效值。(物理观念)4.了解最大值和有效值不同的实际应用意义。(科学思维)思维导图课前篇自主预习一、直流电流与交变电流1.恒定电流正常工作的干电池提供的电压不变,因而在电路中形成的电流大小和方向都不随时间变化,是恒定电流(如图甲)。2.直流电流方向不随时间变化的电流为直流电流。3.交变电流在电路中形成的电流大小和方向随时间做周期性变化的电流是交变电流(如图乙)。想一想如图甲、乙所示的电流为交变电流的是哪个图?提示

乙所示的电流为交变电流。

二、交变电流的周期和频率1.周期:交变电流完成一次周期性变化所需要的时间。用T表示,单位是秒(s)。2.频率:交变电流在一段时间内完成周期性变化的次数与这段时间之比称为交变电流的频率,用f表示,单位是赫兹(Hz)。3.周期(T)和频率(f)之间的关系:。4.正弦式交变电流:电流的大小和方向随时间按正弦规律变化的电流。想一想打点计时器总是每0.02

s打一次点,交变电流的频率为多少?提示

每0.02

s打一次点,打点计时器接的交变电流的频率f=50

Hz。三、交变电流的最大值和有效值1.最大值我们用Um、Im分别表示交变电压和电流能达到的最大值,又称峰值。2.有效值让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻,如果它们在相同的时间内产生的热量相等,就把该恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值。交变电流的电流、电压的有效值分别用I、U表示。3.正弦式交变电流的有效值和最大值的关系4.应用(1)电气元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交变电流的最大值。(2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值;交流电压表测量的数值是有效值;交变电流的数值在无特别说明时都指有效值。想一想家用电是正弦式交变电流,电流的大小和方向在不断变化,我们常说家用电电压为220

V,频率为50

Hz,这里的220

V和50

Hz的物理意义是什么?如果电路中含有电容器,对电路的电压有什么要求?提示

家用电压为220

V,指的是交变电流电压的有效值,频率为50

Hz,指交流电压、电流每秒钟周期性变化50次。把交变电流接到电容器两端时,交流电压的峰值应小于电容器所能承受的最大电压(又叫电容器的耐压值、击穿电压),否则电容器就有被击穿的危险。【自我检测】1.正误判断(判定结果为错误的小题请写出原因)(1)方向不变的电流就是恒定电流。(

)解析

大小和方向都不随时间变化的电流是恒定电流。答案

×(2)i-t波形图是正弦曲线的一定是交变电流。(

)解析

只有电流的方向发生变化,才有可能是交变电流,若方向不变,尽管大小随时间做周期性变化亦为直流电。答案

×(3)我国交变电流周期为0.02s,频率为50Hz。(

)答案

√(4)只要是交变电流,其最大值就是有效值的

倍。(

)解析

正弦式交变电流,其最大值是有效值的

倍。答案

×2.在阻值为70Ω的电阻中通以正弦交变电流,测得在10min内放出的热量为2.1×104J,则此交变电流的最大值为(

)..5A.707A D.1A答案

D课堂篇探究学习问题一直流电流与交变电流【情境探究】两种电流的图像:恒定电流(如图甲所示),交变电流(如图乙所示)。下面电流的波形图是表示交变电流的吗?要点提示

图中电流均为正值,说明电流的方向不随时间变化,则此电流不是交变电流。【知识点拨】1.交变电流的方向随时间变化,而直流电流的方向不随时间变化。另外,交变电流的大小可以不变,如矩形脉冲,而直流电流的大小可以变化。2.判断是不是交变电流,至少需在一个周期内

看方向是否变化观察。如矩形波,该电流在正半周期或负半周期,电流的大小和方向都没有发生变化,但在一个周期或更长的时间内,电流的方向随时间发生周期性变化,所以是交变电流。画龙点睛

交变电流的波形不一定是曲线,不能认为凡是波形是曲线的,就一定是交变电流。规律方法

直流电流与交变电流的区别(1)区分直流电流和交变电流的最根本的一点就是看方向是否变化。(2)明确交变电流的性质,知道交变电流的重要特征是电流方向的变化;明确只要方向不变即为直流电流。变式训练1如图所示,属于交变电流的是(

)解析

方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化,但其方向不变,不是交变电流,它们所表示的是直流电。C选项中电流的方向随时间做周期性变化,故选C。答案

C问题二交变电流的周期和频率【情境探究】特斯拉,他既是发明家,也是物理学家、机械工程师、电气工程师,24岁发明交流电,一生拥有1000多项专利发明,获得11次诺贝尔物理学奖提名,我们都很熟悉的雷达、收音机、传真机、霓虹灯、飞弹导航等全是出自他手,特斯拉堪称天才。如图所示是一个正弦式交变电流的图像。(1)该交变电流完成一次周期性变化需要多长时间?(2)在1s内完成多少次周期性变化?要点提示

(1)完成一次周期性变化需要0.02

s;(2)在1

s内完成50次周期性变化。【知识点拨】1.线圈转动一周,交变电流恰好完成一次周期性变化。2.从线圈转动的角度来说,周期就是线圈在磁场中转动一周所用的时间;频率就是线圈在磁场中一秒钟内转动的圈数。画龙点睛

我国日常生活中所用的市电的周期为0.02

s,频率为50

Hz,电流方向在1

s内改变100次。【典例剖析】例2(多选)关于交变电流的周期和频率,下列说法中正确的是(

)A.正弦式交变电流出现两次最大值的时间间隔等于周期的一半B.正弦式交变电流1s内出现最大值的次数等于频率C.正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍D.50Hz的交变电流,其周期等于0.05s解析

根据周期的定义知选项A正确。根据频率的定义可知选项B错误。因为在一个周期的时间内,正弦式交变电流会出现正向和负向最大值各一次,正弦式交变电流在一个周期内方向改变两次,即正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍,所以选项C正确。由

=0.02

s,知选项D错误。故正确答案为A、C。答案

AC规律方法

民用交变电流的周期和频率(1)我国电网中交变电流的周期是0.02

s,频率是50

Hz。但并不是所有国家交变电流频率都是50

Hz,有少数国家交变电流频率是60

Hz。(2)我国民用交变电流的周期和频率:①周期T=0.02

s。②频率f=50

Hz。ω=100π

rad/s,电流方向每秒钟改变100次。③线圈在匀强磁场中转动一周,电动势、电流都按正(余)弦规律变化一次。变式训练2(多选)如图所示,下列对图像的描述正确的是(

)A.该电压是直流电压B.该电压是交流电压C.该电压的周期是0.2sD.该电压的频率是

Hz解析

从图像可以看出每经过0.3

s开始重复上一个过程,所以0.3

s是一个周期,频率是

Hz,在一个周期内,前0.1

s电压为正值,后0.2

s电压为负值,表示前后电流方向相反,所以是交变电流,B、D对,A、C错。答案

BD问题三交变电流的最大值和有效值【情境探究】如图所示为一交变电流的图像。(1)此交变电流的周期为多大?(2)此交变电流的最大值为多少?(3)此交变电流的有效值为

A吗?为什么?【知识点拨】1.交变电流有效值的定义(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的。(2)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。(3)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。2.交变电流有效值的计算(1)若是正弦式交变电流,可利用交变电流的有效值与峰值间的关系求解,(2)若不是正弦式交变电流,则必须根据电流的热效应来求解其有效值,且时间取一个周期。(3)求解思路:假设让交变电流通过相同电阻R,计

抓住“三同”算交变电流在一个周期内产生相同的热量Q(可分段计算),其中热量Q用相应的物理量I或U来表示如Q=I2Rt或Q=,则I或U为交变电流的相应有效值。画龙点睛

在定义有效值时应注意三同:①相同电阻;②相同时间;③产生相同热量。【典例剖析】例3一个匝数为100匝,电阻为R=0.5Ω的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化,则线圈中产生交变电流的有效值为(

)答案

B变式训练3有一交变电流如图所示,则由此图像可知(

)A.它的周期是0.4sB.它的峰值是4AC.它的有效值是2AD.它的频率是0.8Hz解析

由此图像可知它的周期是0.8

s,故A错误;它的峰值是4

A,故B正确;它不是正弦式交变电流,因此有效值不等于最大值除以

,即它的有效值不是2

A,故C错误;它的周期是0.8

s,频率f==1.25

Hz,故D错误。答案

B

随堂检测1.下列各选项的图像中表示交变电流的是(

)解析

在B、C两图像中,虽然电流大小随时间做周期性变化,但方向不变,故不是交变电流。A图像中电流的方向没有发生变化,不是交变电流。D图像中,电流的大小、方向均随时间做周期性变化,是交变电流,故选D。答案

D2.如图所示是一个正弦式交变电流的图像,下列说法正确的是(

)A.周期是0.2s,电流的峰值是10AB.周期是0.15s,电流的峰值是10AC.频率是5Hz,电流的有效值是10AD.频率是0.2Hz,电流的有效值是7.07A解析

由图像可知T=0.2

s,Im=10

A,故频率

,选项A正确,B、C、D错误。答案

A3.(多选)下列说法正确的是(

)A.使用交变电流的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流的数值均为最大值B.用交流电流表和电压表测得的数值是有效值C.照明电路电压220V指的是有效值D.所有交变电流的有效值和最大值之间均存在解析

各种使用交流电的用电器铭牌上所标示的额定电压、额定电流均为有效值,故A项错误;交流电表测量值为有效值,故B项正确;照明电路电压220

V指的是有效值,故C项正确;

是正弦式交变电流有效值和最大值的关系,故D项错误。答案

BC4.(多选)对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像,下列说法中正确的是(

)A.电流大小变化、方向不变,