3.2 交變電流的描述 課件 人教版高中物理選修二

3.2交變電流的描述人教版高中物理選修二目錄新知導(dǎo)入第一部分新知探究第二部分新知應(yīng)用第三部分課堂小結(jié)第四部分新知鞏固第五部分知識(shí)回顧(一)交變電流：

大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流，簡稱交流。其中按正弦規(guī)律變化的交流電叫正弦交流電。（二）正弦交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律

當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的。即正弦交流。

跟磁感線垂直的平面叫做中性面。這一位置穿過線圈的磁通量最大，但線圈的磁通量變化率為零，線圈中無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1、產(chǎn)生：2、中性面：新知導(dǎo)入3、規(guī)律：

（函數(shù)表達(dá)式）在純電阻電路中，

電壓:電動(dòng)勢(shì):電流:從中性面開始計(jì)時(shí)，知識(shí)回顧新知導(dǎo)入正弦式交變電流的大小和方向都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化，那么我們?nèi)绾蚊枋鲞@種電流的變化特征呢？新知導(dǎo)入一、描述交流電的物理量：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電壓、電流都發(fā)生一次周期性變化１.周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間符號(hào)：T

單位是秒（S）２.頻率：

交變電流一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)符號(hào)：f

單位是赫茲（Hz）ω=2πf（角頻率或圓頻率）e=Emsinωti=Imsinωtu=Umsinωt新知探究３.最大值（峰值）：

EmUm

Ｉm

一、描述交流電的物理量：e=Emsinωti=Imsinωtu=umsinωt

交變電流的峰值是交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，可以用來表示交流電的電流或電壓變化幅度。Em

＝NωBS峰值Um

＝ImR外耐壓值（最大值）新知探究４.瞬時(shí)值：e

u

i

oT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtteeuuiie=Emsinωti=Imsinωtu=umsinωt新知探究

我國生產(chǎn)和生活用交流電的周期T＝_______s，頻率f=_______Hz，角速度ω＝____

___rad/s，在1s內(nèi)電流的方向變化_______次。0.0250１００π100一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次。例1.新知應(yīng)用例2.某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系，如圖所示，如果其它條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)椋?/p>

）A．400V，0.02s

B．200V,0.02sC．400V,0.08s

D．200V,0.08sB新知探究①則此交流電的頻率為

，把它接在一個(gè)電容器上，電容器的擊穿電壓不能低于

。50HZ311V練習(xí)１：某交流電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖：

0

0.02

t/su/V311②家用照明電路中的交變電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律同上圖。1秒內(nèi)電流的方向改變

次。100新知鞏固2.峰值：①定義：交變電流的電流或電壓隨時(shí)間改變。電流或電壓所能到達(dá)的最大值稱為峰值，用Im或Um表示.1.瞬時(shí)值：對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的交流的值。用小寫字母表示，e

i

u0t/su/VUm電壓最大值電壓瞬時(shí)值電容器的耐壓值（也稱擊穿電壓）要高于交流電的峰值，否則電容器可能被擊穿。例如：將e=400sin314t加在電容器兩端，那么電容器的耐壓值不得低于400V②物理意義：表示電流的強(qiáng)弱或電壓的高低。新知探究觀察思考：觀察銘牌上用電器的各種參數(shù)，回答下面的問題：銘牌上的220V是什么意思？銘牌上的50HZ是什么意思？新知探究甲、乙圖中電爐燒水,設(shè)壺材料相同、水質(zhì)量相等、水的初溫相同．若直流電源用10分鐘把水燒開，情景：而第二次用交流電時(shí)也用10分鐘把水燒開.新知探究交流電的熱效果和直流電的熱效果相同我的電流是恒定的3A我10分鐘把水燒開我10分鐘也把水燒開！我的電流是變化的我的電流有效值也是3A新知探究交流恒定電流I、U通過大小相同電阻R在交流電的一個(gè)周期內(nèi)T交流的有效值為I、U３.有效值：新知探究i/At/s２１－１－２電流i通過一個(gè)R=1Ω的電阻.它不是恒定電流.

1.怎樣計(jì)算通電1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量?

2.如果有一個(gè)大小、方向都不變的恒定電流通過電阻R,也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱,這個(gè)電流是多大?解析:1圖象反映的交變電流可以分為4段.前半個(gè)周期中,0---0.2S內(nèi),可看成電流大小為1A的恒定電流,0.2S---0.5S內(nèi)，可看成電流大小為2A的恒定電流.后半個(gè)周期的電流與前半個(gè)周期方向相反，但產(chǎn)生熱量相同.交流電的熱量0.８

00.20.51.0新知探究交流電的熱量恒定電流的熱量解析:1圖象反映的交變電流可以分為4段.前半個(gè)周期中,0---0.2S內(nèi),可看成電流大小為1A的恒定電流,0.2S---0.5S內(nèi)，可看成電流大小為2A的恒定電流.后半個(gè)周期的電流與前半個(gè)周期方向相反，但產(chǎn)生熱量相同.i/At/s２１－１－２0.８

00.20.51.0新知探究練習(xí)２.如圖表示一交流的電流隨時(shí)間變化的圖像,求該電流的有效值。新知鞏固

規(guī)定：讓交流電和直流電通過同樣阻值的電阻，如果它們?cè)谕粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，這一交流電的有效值就跟這個(gè)直流電的數(shù)值相等。正弦（或余弦）交變電流有效值與最大值之間的關(guān)系：注意：只適用于正弦或余弦式交流電３.有效值：新知探究i/At/s+10-100.050.10.150.2例４.如圖是一個(gè)按正弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流.請(qǐng)根據(jù)圖象求出它的周期、頻率、最大值和有效值,并寫出電流的函數(shù)表達(dá)式.有效值:最大值:電流的函數(shù)表達(dá)式:解析:由圖象可知:T=0.2s根據(jù)

得：f=5HzIm=10Aω=2πf=10πi=Imsinωt=10sin10πt新知應(yīng)用練３.某交流電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，則此交流電的頻率是_____Hz。若將該電壓加在10uF的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于______V；若將該電壓加在一阻值為1KΩ的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，該電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于______

A。200－20020.25200u/Vt/s新知鞏固四值比較：1．最大值——如電容器的耐壓值；2．瞬時(shí)值——啟輝值、偏轉(zhuǎn)值；3．有效值——4．平均值——（１）交流電器上名牌標(biāo)稱（２）交流電表的讀數(shù)（３）熔斷器的熔斷電流（４）電功和電熱的求?。ǎ保┲荒苡茫ǎ玻?shù)值上也等于圖線與ｔ軸包圍的面積與ｔ的比值（３）通過導(dǎo)體的電荷量必須用平均值

電容

耐壓值（最大值）220V新知探究

例５．觀察思考：觀察銘牌上用電器的各種參數(shù)，回答下面的問題：1.銘牌上的參數(shù)各代表什么意思？2.如果有一個(gè)如下圖所示的交變電流加在如圖所示的電容器上，該電容器能安全工作嗎？0t/su/V200V-200V0.020.04新知應(yīng)用物理量定義符號(hào)單位物理意義T、f、ω的關(guān)系周期頻率瞬時(shí)值峰值交變電流完成一次周期性變化所需要的時(shí)間Ts描述交變電流變化的快慢T=1/f,ω=2πf單位時(shí)間完成周期性變化的次數(shù)fHZ同上某一時(shí)刻的值e,u,iV,V,A描述某一時(shí)刻的情況交變電流的最大值V,V,A描述電壓高低和電流強(qiáng)弱Em,Um,Im新知探究1、下列說法正確的是（）A．電流在一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次B．正弦交流電的有效值是最大值的倍C．因?yàn)橛行е当硎窘涣鳟a(chǎn)生的平均效果，所以有效值與平均值相同D．若正弦交變電流的最大值是10A，則它的最小值是-10AAB新知鞏固2、一個(gè)電阻接在10V的直流電源上，它的發(fā)熱功率是p，當(dāng)接到電壓為u=10sinωtV的交流電源上，它的發(fā)熱功率（）

A．0.25pB．0.5pC．pD．2pB所以有解：新知鞏固３、（1）如圖表示一交流隨時(shí)間變化的圖像，求此交流的有效值。i/At/s102342-4-2（2）如圖表示一交流隨時(shí)間變化的圖像，求此交流的有效值。i/At/s102345新知鞏固４.下列有效值為的是（）i/At/s0.20.40-55i/A0.20.4t/s50-550-50.20.4t/si/A50-5i/At/sABCDAC新知鞏固1．最大值（峰值）：

EmUm

Ｉm

２．瞬時(shí)值：

uie3．周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間。4．頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。5．有效值：EUI

（1）定義：

根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定，讓交流電和直流通過相同阻值的電阻，如果他們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫做這一交流電的有效值。（2）正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：注意：A.對(duì)于交流電若沒有特殊說明的均指有效值C.求通過某導(dǎo)體截面的電量一定要用平均值。B.在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值。

課堂小結(jié)

如圖所示三種電壓有何不同?若加在同一純電阻兩端,產(chǎn)生的電功率是否相同？

答：A為直流電壓，B、C為周期相同的交變電壓；且電壓的有效值都與直流電壓的相同。在同一電阻兩端產(chǎn)生的電功率相同。新知探究

在直流電路中，影響電流和電壓關(guān)系的只有電阻，而在交流電路中影響電流和電壓關(guān)系的除了電阻，還有電感和電容．通過電感和電容對(duì)交變電流影響的分析討論，我們可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到交流與直流的區(qū)別．新知探究1.實(shí)驗(yàn)裝置2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①接通直流，燈泡亮度幾乎相同。②接通交流，串聯(lián)有線圈的支路燈泡較暗。③匝數(shù)越多，燈泡越暗。④頻率越高，燈泡越暗。線圈與交變電流之間的電磁感應(yīng)作用所引起的阻礙作用，這叫感抗。線圈的自感越大，線圈的感抗就越大。交流的頻率越高，線圈的感抗就越大。新知探究

３．影響感抗的因素：４．實(shí)際應(yīng)用：

低頻扼流圈——通直流、阻交流．高頻扼流圈——通低頻、阻高頻．線圈的自感系數(shù)和交變電流的頻率，電感越大，頻率越高，感抗越大．新知探究線圈繞在鐵心上,匝數(shù)多，感抗大通直流、阻交流線圈繞在鐵氧體上,匝數(shù)少，感抗小通低頻，阻高頻高頻扼流圈低頻扼流圈構(gòu)造作用對(duì)比記憶：新知探究實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，將雙刀雙擲開關(guān)S分別接到電壓相等的直流電源和交流電源上，觀察燈泡的亮暗．②實(shí)驗(yàn)表明直流不能通過電容器，而交流能夠“通過”電容器．①S接直流電源時(shí)，燈泡不亮；S接交流電源時(shí)，燈泡發(fā)光．+-~SLC新知探究5μF20μF23μF1.實(shí)驗(yàn)裝置2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①接通直流，串聯(lián)有電容的支路燈泡不亮。②接通交流，串聯(lián)有電容的支路中，燈泡較暗。③電容越小，燈泡越暗。④頻率越高，燈泡越亮。電容器對(duì)交流有阻礙作用。電容器對(duì)交流阻礙作用的大小叫容抗。交流的頻率越高，容抗越小。新知探究

４．實(shí)際應(yīng)用：隔直電容器——通交流、隔直流．旁路電容器——通高頻、阻低頻．后級(jí)輸入前級(jí)輸出~~~~３．容抗：電容對(duì)交變電流阻礙作用的大小叫做容抗，用XＣ表示．新知探究元件電感線圈電容器作用描述阻礙作用的物理量決定因素關(guān)系對(duì)比記憶：通直流，阻交流;通低頻，阻高頻。通交流，隔直流；通高頻，阻低頻。感抗XL容抗XC<1>自感系數(shù)L<2>交流電頻率f<1>電容C<2>交流電頻率fL越大，f越高，XL越大。C越大，f越高，XC越小。新知探究

例６.如圖所示，線圈的自感系數(shù)和電容器的電容都很?。ㄈ鏛=1mH，C=200pF），此電路的重要作用是（）

A．阻直流通交流，輸出交流B．阻交流通直流，輸出直流C．阻低頻通高頻，輸出高