第2节交变电流的描述

第三章

交变电流高中物理《课标》要求

第二章

交变电流

高中物理《课标》要求

3.1通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。3.2通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。3.3了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。第2节

交变电流的描述

《学习目标》

(1)知道交变电流周期、频率的含义及二者之间的关系；知道峰值和有效值的含义及二者之间的关系。能结合交变电流的公式和图像识别周期(频率)、峰值。会用周期(频率)、峰值等物理量通过函数表达式和图像来描述交变电流。(2)经历根据电流的热效应推导交变电流有效值的过程，体会“等效”的科学方法。(3)了解我国家庭电路的频率和电压的有效值。知道家用电器的电压与电流的额定值是有效值。020301主题(二)峰值与瞬时值主题(一)周期与频率目录CONTENTS主题(三)平均值与有效值

04第2节

交变电流的描述主题(四)电感与电容

新课引入：线框转的快慢导致产生的交流电有什么异同？eO246t/s8eO246t/s8都是正弦交流电相同点：变化的快慢不同不同点：怎么样描述这种不同呢？第一部分周期与频率一、周期与频率

1.周期T:交变电流一次周期性变化的时间。2.频率f:

1s内完成周期变化的次数。单位:S

单位:Hz3.T、f、n(转速)、ω(角速度)的关系f=n=2πf=2πneO246t/s8eO246t/s8

一、周期与频率

1.周期T:交变电流一次周期性变化的时间。2.频率f:

1s内完成周期变化的次数。单位:S

单位:Hz3.T、f、n(转速)、ω(角速度)的关系f=n=2πf=2πn

我国生产和生活所用交流电：T=0.02sf=50Hzω=100πrad/s在1s内电流的方向变化100次t/si/A0Im-Im0.020.04第二部分峰值与瞬时值二、峰值和瞬时值1.峰值：各参量一个周期内所能达到的最大值。思考：电容器的击穿电压

交流电压的峰值，才能保证电容器的安全？>t/si/A0Im-Im0.020.04Em＝NBSωUm

＝ImR外

二、峰值和瞬时值1.峰值：各参量一个周期内所能达到的最大值。2.瞬时值：e=

i=u=EmsinωtImsinωtUmsinωtt/si/A0Im-Im0.020.04Em＝NωBSUm

＝ImR外思考：若从中性面转了300开始计时,瞬时值的表达式和图象会怎么样呢？各参量某时刻的值。e=Emsin(ωt)Im/2e=Emsin(ωt+θ)+300

二、峰值和瞬时值1.峰值：各参量一个周期内所能达到的最大值。2.瞬时值：e=

i=u=EmsinωtImsinωtUmsinωtt/si/A0Im-Im0.020.04Em＝NωBSUm

＝ImR外各参量某时刻的值。Im/2e=Emsin(ωt+θ)②初相位θ:

线圈在每时每刻与中性面的角度①相位(ωt+θ):t=0时与中性面的角度

二、峰值和瞬时值1.峰值：各参量一个周期内所能达到的最大值。2.瞬时值：e=

i=u=EmsinωtImsinωtUmsinωtEm＝NωBSUm

＝ImR外各参量某时刻的值。e=Emsin(ωt+θ)②初相位θ:

线圈在每时每刻与中性面的角度①相位(ωt+θ):t=0时与中性面的角度③相位差:

两线圈每时每刻相位的差

【典例1】一个n匝、面积为S、电阻为R的线圈放在磁感应强度为B的磁场绕垂直于磁场的轴以ω转动，外电阻不计，从中性面开始计时，求(1)转过900过程中的平均电动势，3600过程中的平均电动势？(2)求3600过程中通过线圈的电量q和热量Q?nBS2π

ω

1

4

=解:(1)(2)I=0q=It=0Q=I2Rt=0=2ωnBSπ

典例分析=0算热量不能用平均值。

【典例2】如图所示通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。(1)怎样计算通电1S内电阻R中产生的热量?(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在1S内产生同样的热量，这个电流是大？典例分析解:(1)Q交=2(I12Rt1+I22Rt2)得：Q交=2.8J(2)Q交=Q直=I2Rt得：I=1.67A1.67把这个值叫交流电的有效值第三部分平均值与有效值

如果一个交流电通过一个电阻产生的热量，三、平均值与有效值1.平均值：

与一个恒定电流通过这个电阻在一个周期T内产生的热量相同，

那这个恒定电流的值就叫这个交流电的有效值。2.有效值：R3.正余弦电有效值Rt/si/A0Im-Im0.010.02

Q交=Q直=I2RTI=

U=

E=

tiImT/2T2T【典例3】如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。tiImT/2T2T正余弦交流电，每四分之一个周期产生的热量相等典例分析解：Q交=Q直=I2RtQ交1+Q交2=I2Rt

0=I2RT得：I=

【典例4】如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。tiImT/3T典例分析解：Q交=Q直=I2RtQ交1+Q交2=I2Rt

0=I2RT得：I=

【典例5】如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。213456it典例分析解：Q交=Q直=I2RtQ交1+Q交2=I2Rt

I2RT得：I=

三、平均值与有效值R3.正余弦电有效值RQ交=Q直=I2RTI=

U=

E=

半波正余弦有效值I=注意:①只适用正余弦交流电,

②用电器的U额，保险丝的熔断电流指有效值③交流电流(压)表的读数是有效值④计算电功W、电热Q用有效值，算电量q用平均值

典例分析BC思考:下图中小灯泡分别接到两种电路中的亮暗一样吗？6v直流电6v交流电线圈对直流电相当于一根导线，而对交流电相当于一个“电阻”这个“电阻”的大小跟哪些因素有关呢？跟线圈的自感系数L和电流变化的快慢的频率f有关。这个“电阻”称为感抗XL电感这个“线圈”称为电感

思考:下图中小灯泡分别接到两种电路中的亮暗一样吗？6v直流电6v交流电直流电路闭合后闪亮一下熄灭交流电路：由于电容器被反复一直充放电，灯泡一直亮不同电容器对“通”交流的能力大小与哪些因数有关呢？电容跟电容C和电流的频率f有关。这个不同通交流能力叫容抗XC思考:下图中小灯泡分别接到两种电路中的亮暗一样吗？思考:下图中小灯泡分别接到两种电路中的亮暗一样吗？思考:下图中小灯泡分别接到两种电路中的亮暗一样吗？第四部分电感与电容四、电感和电容XL=2πfL由导线绕成的线圈电感对交流电阻碍的大小1.电感:①特点:电感器对直流电几乎无影响，对交流电有阻碍。②感抗:

L

S

u

单位:欧Ω通直流，阻交流。通低频，阻高频。③结论:④实质:变流电不断变化，产生E自，阻碍磁通量变化.高频扼流圈低频扼流圈

结构特点作用线圈绕在铁芯上,匝数多，自感系数大、感抗大线圈绕在铁氧体上,匝数少，自感系数小、感抗小通直流，阻交流通直流，通低频，阻高频四、电感和电容由导线绕成的线圈1.电感:⑤应用:扼流圈四、电感和电容由导线绕成的线圈1.电感:2.电容:

C

S

u

XC=1/2πfC电容对交流电阻碍的大小①特点:直流不能通过电容器，交流能“通过”电容器②容抗:单位:欧Ω通交流，隔直流。通高频，阻低频。③结论:相互绝缘的两块导体电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用④实质:【典例7】(多选)如图所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220V、50Hz的交流电源，以下叙述中正确的是(

)A.改接220V、100Hz的交流电源时，

A灯变亮，B灯变暗，C灯不变B.改接220V、100Hz的交流电源时，

A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮C.改接220V的直流电源时，A灯熄灭，

B灯变亮，C灯亮度不变D.改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗AC典例分析四、电感和电容由导线绕成的线圈1.电感:2.电容:相互绝缘的两块导体⑤应用:输入负载电源(1)隔直电容器：通交流、隔直流注意:隔直电容C很大，要串接若电容C很小输入负载高频交流电低频交流电(2)高频旁路电容器：通高频、阻低频注意：高频旁路电容C很小，要并联负载仍有高频四、电感和电容由导线绕成的线圈1.电感:2.电容:相互绝缘的两块导体⑤应用:(1)隔直电容器：通交流、隔直流注意:隔直电容C很大，要串接(2)高频旁路电容器：通高频、阻低频注意：高频旁路电容C很小，要并联输入负载更好削弱高频输入负载更好削弱低频电感厌恶频率电容喜欢频率四、电感和电容由导线绕成的线圈1.电感:2.电容:相互绝缘的两块导体输入负载更好削弱高频输入负载更好削弱低频电感厌恶频率电容喜欢频率3.电感和电容的综合应用①串接电感并联电容：滤高频得低频②串接电容并接电感：滤低频得高频注意：电感厌恶频率，电容喜欢频率【典例8】(2017·江苏单科，7)(多选)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则(

)A.电感L1的作用是通高频B.电容C2的作用是通高频C.扬声器甲用于输出高频成分D.扬声器乙用于输出高频成分BD典例分析七言绝句：音响串感并容获低频串容并感得高频低频高频因此分高级音响由此来输入负载更好削弱高频输入负载更好削弱低频《思维导图·电势能和电势》课堂小结交变电流的描述峰值与瞬时值周期与频率平均值与有效值电感与电容Em＝NBSωt/se0Em-Em0.020.04e=EmsinωtXL

=2πƒL

E=

【练习1】关于交变电流的周期和频率,下列说法正确的是(

)A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期B.1s内交变电流出现最大值的次数等于频率C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍D.频率为50Hz的交变电流,其周期等于0.05sC课堂练习【练习2】(多选)矩形金属线圈共10匝,绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是

(

)A.此交变电流的频率为0.2HzB.1s内电流方向变化10次C.t=0.1s时,线圈平面与磁场方向平行D.1s内线圈转5圈BD课堂练习

课堂练习BD

C课堂练习

D课堂练习

课堂练习AC

课堂练习BCD

C课堂练习

BC课堂练习【练习10】如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。课堂练习【练习11】如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。课堂练习

【练习12】如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。213456it课堂练习B【练习13】如图所示，在甲、乙两图分别接交流电源，下列关于图中灯泡亮度变化的说法正确的是（）A．在甲图中增大交流电频率，灯泡变亮B．在甲图的线圈L中插入铁芯，灯泡变亮C．在乙图中增大交流电频率，灯泡变亮D．在乙图的电容器中插入电介质，灯泡变暗课堂练习【练习14】(多选)如图所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是(

)A.当S掷向a、b时灯较亮，

掷向c、d时灯较暗B.当S掷向a、b时灯较暗，

掷向c、d时灯较亮C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗AC课堂练习【练习15】(多选)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，