【市級公開課課件】3.2.1交變電流的描述課件（人教版2019選擇性必修第二冊）

1、第第三三章章 交變電流交變電流人 教 版 （人 教 版 （ 2 0 1 9 ） 高 中 物 理 選 擇 性 必 修 第 一 冊） 高 中 物 理 選 擇 性 必 修 第 一 冊C O N T E N T SC O N T E N T S周期和頻率周期和頻率交變電流交變電流“四值四值”典例分析典例分析目錄復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場繞垂直于磁場方向的軸繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動勻速轉(zhuǎn)動瞬時電動勢瞬時電動勢：e=Emsint 瞬時電流：瞬時電流： i=Imsint 瞬時電壓：瞬時電壓： 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、都隨時間做周期性的變化都隨時間做周期性的變化. .簡稱交流。簡稱交流。周期性變化周期性變化的交變電流的交變電流復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固01周期和頻率3. 3. 關(guān)系關(guān)系：我國工業(yè)和家庭電路中的交變電流的周期頻率角速度T = 0.02 sf = 50 Hz = 100 rad / su / VO0.010.02t/s220 2-220 2380 2-380 2工業(yè)家庭1.1. 周期（周期（T T）：交變電流：交變電流完成完成一次周期性變化一次周期性變化( (線圈線圈轉(zhuǎn)動一圈轉(zhuǎn)動一圈) )所需的所需的時間。時間。國際單位國際單位是是 s s2. 2. 頻率（頻率（f f）：1s1s內(nèi)內(nèi)交變電流完成周期性變

3、化的交變電流完成周期性變化的次數(shù)。次數(shù)。單位是單位是 HzHz nfT222Tf1電流方向變化次100 / s在一個周期內(nèi)，交變電流的方向變化在一個周期內(nèi)，交變電流的方向變化2 2次次峰值峰值u / VO0.010.02t/s220 2-220 2380 2-380 2工業(yè)家庭我國工業(yè)和家庭電路中的交變電流的u-t 圖例題：如圖所示是我國家庭電路中的交變電流 u-t 圖，分析下列問題：（1）交流電流完成一次周期性變化（線圈轉(zhuǎn)動一圈）所用多少時間？（2）交流電流在1s內(nèi)完成多少次周期性變化？（3）由前2問，可知周期和頻率有什么關(guān)系？（4）在1s內(nèi)電流方向變化多少次？0.02 s周期 T1= 50

4、 / s0.02s頻率 f1T =f次次250 / s = 100/ su / VO12t/ 10-2 s3220 2-220 202交變電流“四值” 峰值：峰值：交變電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，叫做交變電流的峰值。通交變電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，叫做交變電流的峰值。通常用常用E Em m、I Im m和和U Um m表示峰值。表示峰值。電動勢峰值：Em=NBS rRNBSrREImm電流峰值：NBSrRRErRRUmm電壓峰值： 電容器電容器上的標(biāo)稱電壓值上的標(biāo)稱電壓值（又叫耐（又叫耐壓壓值或擊穿電壓）值或擊穿電壓）是是電容器兩極間所允許電壓的電容器兩極間所允許電壓的峰值峰

5、值超過該值就有被擊超過該值就有被擊穿的危險。穿的危險。、峰值（最大值）額定電壓額定電壓: : 電容器電容器長期工作長期工作時所能承受的時所能承受的電壓電壓 電容電容耐耐壓值（最大值壓值（最大值) )、瞬時值瞬時值：它是反映不同時刻交流電的大小和方向瞬時值：它是反映不同時刻交流電的大小和方向若若從從中性面中性面開始開始計時，計時，正弦交流瞬時值表達(dá)式為：sinmeEtsinmuUtsinmiIt 如圖所示電流如圖所示電流I=2A通過一個通過一個R=2的電阻。它是恒定電流。的電阻。它是恒定電流。怎樣計算通電怎樣計算通電1s內(nèi)電阻內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量中產(chǎn)生的熱量? 如圖所示電流如圖所示電流I 通過一

6、個通過一個R=1的電阻。它不是恒定電流。的電阻。它不是恒定電流。怎樣計算通電怎樣計算通電1 s內(nèi)電阻內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量中產(chǎn)生的熱量? 如果有一大小、方向都不變的恒定電流通過這個電阻如果有一大小、方向都不變的恒定電流通過這個電阻R也能在也能在s內(nèi)產(chǎn)生同樣熱量，這個電流是多大？內(nèi)產(chǎn)生同樣熱量，這個電流是多大？JJRtIQ812222J8 . 2424323222121RtIRtIRtIRtIQA67.12RtQIRtIQ 定義：定義：讓交流電和恒定電流通過讓交流電和恒定電流通過阻值阻值相同相同的電阻，如果它們在的電阻，如果它們在相同相同時間時間（一（一個周期）個周期）內(nèi)，產(chǎn)生內(nèi)，產(chǎn)生熱量相等熱量

7、相等，則把這個恒定電流，則把這個恒定電流的電流的電流I I、電壓、電壓U U，叫作該交，叫作該交流電流電的有效值的有效值 。 意義：意義：描述交變電流描述交變電流做功做功或或熱效應(yīng)熱效應(yīng)的物理量。的物理量。如：某交流電有效電壓為如：某交流電有效電壓為220V220V，表示該交流電在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相當(dāng)，表示該交流電在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于于220V220V穩(wěn)恒電壓在同一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量穩(wěn)恒電壓在同一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量、有效值注意注意：定義有效值時要：定義有效值時要“三同三同”：電阻相同電阻相同，時間相同（一個周期）時間相同（一個周期），熱量相同熱量相同。保險絲的熔斷電流是指有效值無特別說

8、明時提到的交變電流的數(shù)值是指有效值交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流是指有效值交流電壓表、電流表測量的數(shù)值是指有效值（2 2）一般）一般交流交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值是有效值（3 3）保險絲）保險絲的的熔斷電流熔斷電流是有效值是有效值與熱有關(guān)的與熱有關(guān)的交變電流的功、功率、熱交變電流的功、功率、熱量等均用有效值；量等均用有效值；（1 1）交流）交流用電器上標(biāo)出的用電器上標(biāo)出的額定電壓和額定電流額定電壓和額定電流指的是有效值；指的是有效值；（4 4）以后）以后提到的交變流電的數(shù)值，若提到的交變流電的數(shù)值，若沒有特殊說明的均指有效值沒有特殊說明的均指有效值22

9、21122I RT = I RtI RtAI = 4解得：22224 20I=11即：i/ AO1t/s4 2234例題：求該電流的有效電流和有效電壓？R=1VU = IR = 4 正弦式交變電流的有效值與最大值的關(guān)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）任何電流都有有效值，但上述關(guān)系只限于正弦式交變電流（2）對非正弦式交變電流有效值只能通過電流的熱效應(yīng)計算交流交流恒定電流恒定電流通過大小相通過大小相同電阻同電

10、阻R在交流電的在交流電的一個周期內(nèi)一個周期內(nèi)交流的有效交流的有效值為值為怎樣求一般交流電的有效值Q交交=Q直直甲、乙圖中電爐燒水甲、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流電源用1010分鐘把水燒開，而第二次用交流電時也用分鐘把水燒開，而第二次用交流電時也用1010分鐘把水燒開分鐘把水燒開電爐燒水電爐燒水交流電的熱效果和直流電相同交流電的熱效果和直流電相同我 的 電流 是 恒定的3A我10分鐘把水燒開我 1 0 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幾種幾種常見交變電流的有效值常見交變電流的有

11、效值幾種幾種常見交變電流的有效值常見交變電流的有效值解析解析例例1 1、如圖所示為一交變電流隨時間變化的圖像如圖所示為一交變電流隨時間變化的圖像，此交變電流的有效值為，此交變電流的有效值為( () )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.根據(jù)有效值的定義可得，根據(jù)有效值的定義可得，例2：如圖所示交變電流圖象為某一正弦式交變電流更換負(fù)值后的it 圖象，求該交變電流的有效值.例3：小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖所示。該阻值為r

12、=4 的線圈與一個R6 的電阻構(gòu)成閉合電路。（1）交變電流的周期和頻率？（2）交變電流的電動勢的最大值和有效值？（3）感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式？（4）若改變交流電源的頻率，保持其峰值不變，其電動勢的有效值是否改變？（5）交流電流表、電壓表的示數(shù)？（6）電阻的熱功率？sT0.2501f= 4 HZTVmE2022VmEE =10 me = E sin2ft = 20sin8t V2VU=IR 6不變EI =2AR+ r2P = I R = 12 W2UP = 12 WR或、平均值 平均電動勢：ENt 平均電流：)(rRtNrREI 電荷量：rRNtIq計算計算電荷量電荷量用平均值用平均值StE

13、=平均感應(yīng)電動勢eOttS不易求！問：該如何計算平均感應(yīng)電動勢？E = Nt法拉第電磁感應(yīng)定律:vOttStv =平均速度SStI =平均感應(yīng)電流iOttS不易求！問：該如何計算感應(yīng)電流的平均值？EI =R+ r閉合電路歐姆定律:問：那在一段時間內(nèi)，如何計算通過線圈的電荷量？ 電流的定義式:q = I t = NR+ r項目項目物理含義物理含義重要關(guān)系重要關(guān)系適用情況適用情況瞬時值瞬時值交變電流某一時刻的值交變電流某一時刻的值計算線圈計算線圈某一時刻某一時刻的受力的受力（安培力安培力）情況情況最大值最大值最大的瞬時值最大的瞬時值確定確定電容器電容器的的耐壓值耐壓值或擊穿電壓或擊穿電壓有效值有效

14、值跟交變電流的跟交變電流的熱效應(yīng)等效熱效應(yīng)等效的的恒定電流值、電壓值恒定電流值、電壓值正弦式正弦式交變電流交變電流(1)電流熱效應(yīng)電流熱效應(yīng)相關(guān)量相關(guān)量(如如功、功、功率功率、熱量熱量)(2)交流電表交流電表（電壓表、電流表）（電壓表、電流表）的測量值的測量值(3)電氣設(shè)備電氣設(shè)備銘牌銘牌標(biāo)注標(biāo)注額定電壓額定電壓、額定電流額定電流(4)保險絲保險絲的熔斷電流的熔斷電流平均值平均值交變電流圖象中圖線與時間交變電流圖象中圖線與時間軸所圍面積與時間比值軸所圍面積與時間比值(1)某段時間某段時間內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢平均感應(yīng)電動勢(2)某段時間某段時間內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電流的平均值感應(yīng)電流的平均

15、值(3)某段時間某段時間內(nèi)通過內(nèi)通過橫截面的橫截面的電荷量電荷量me = E sintmE= NBSq = NR+ rE = nt/2/2/2mmmE = EU = UI = IEI =R+ r例例：如圖如圖所示所示交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈邊長交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈邊長abcd0.4 m，adbc0.2 m，線圈匝數(shù)，線圈匝數(shù)N100，電阻電阻r1 ，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2 T的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸以的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸以100 rad/s的的角速度勻速轉(zhuǎn)動，外接電阻角速度勻速轉(zhuǎn)動，外接電阻R9 ，以圖示時刻開始計時，則，以圖示時刻開始計時，則(1)(1)感應(yīng)電動勢

16、的最大值感應(yīng)電動勢的最大值(2)(2)由圖示位置轉(zhuǎn)過由圖示位置轉(zhuǎn)過6060時的瞬時感應(yīng)電動勢時的瞬時感應(yīng)電動勢(3)(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過由圖示位置轉(zhuǎn)過6060的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢(4)(4)由圖示位置轉(zhuǎn)過由圖示位置轉(zhuǎn)過6060的過程中通過電阻的過程中通過電阻R R的電荷量的電荷量 (5)(5)交流電壓表的示數(shù)交流電壓表的示數(shù)(6)(6)線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的總熱量線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的總熱量=160 VmE= 80 Ve3E = 240 V= 72 2 VU= 25.6 J2Q3q = 0.08 C03典例分析1 1如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感應(yīng)

17、垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感應(yīng)垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則（）生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則（）A A線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為311V311VB B線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100Hz100HzC Ct=0.005st=0.005s時，線框的磁通量變化率為零時，線框的磁通量變化率為零D Dt=0.01st=0.01s時，線框平面與中性面重合時，線框平面與中性面重合D2 2某交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間某交流發(fā)電機(jī)中，矩形金

18、屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系如圖所示如果此線圈和一個的關(guān)系如圖所示如果此線圈和一個R=R=100100的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列說法中正確的是（）阻，下列說法中正確的是（）A A交變電流的周期為交變電流的周期為0.04s0.04sB B電阻電阻R R兩端的有效電壓是兩端的有效電壓是100V100VC C交變電流的有效值為交變電流的有效值為1A1AD D交變電流的最大值為交變電流的最大值為1A1AADC2 2如圖所示，圖線如圖所示，圖線a a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的交變電動勢的圖象，當(dāng)是線圈在勻強(qiáng)磁場中

19、勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的交變電動勢的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖線調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖線b b所示，轉(zhuǎn)動軸垂直于磁場方向。所示，轉(zhuǎn)動軸垂直于磁場方向。則下列說法中錯誤的是（）則下列說法中錯誤的是（）A A在圖中在圖中t=0t=0時刻穿過線圈的磁通量均為最大時刻穿過線圈的磁通量均為最大B B線圈先后兩次轉(zhuǎn)動的角速度之比為線圈先后兩次轉(zhuǎn)動的角速度之比為3:23:2C C圖線圖線b b所對應(yīng)的電動勢的有效值為所對應(yīng)的電動勢的有效值為 V VD D圖線圖線a a所對應(yīng)的電動勢的瞬時值表達(dá)式為所對應(yīng)的電動勢的瞬時值表達(dá)式為 （V V）20320sin5et3 3

20、先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化如圖甲所示；第二次燈泡兩端的電壓隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，不考慮溫度律變化如圖甲所示；第二次燈泡兩端的電壓隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，不考慮溫度對燈泡電阻影響。則以下說法正確的是（）對燈泡電阻影響。則以下說法正確的是（）A A第一、第二次，燈泡兩端的電壓之比為第一、第二次，燈泡兩端的電壓之比為1:21:2B B第一、第二次，通過燈泡的電流之比是第一、第二次，通過燈泡的電流之比是2:12:1C C第一、第二次，燈泡電功率之比是第一、第二次，燈泡電功率

21、之比是1:21:2D D第一、第二次，燈泡在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比是第一、第二次，燈泡在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比是1:41:4CB4 4如圖所示，一矩形線圈的面積為如圖所示，一矩形線圈的面積為S S，匝數(shù)為，匝數(shù)為N N，電阻為，電阻為r r，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B B的的水平勻強(qiáng)磁場中，繞垂直磁場的水平軸水平勻強(qiáng)磁場中，繞垂直磁場的水平軸OOOO以角速度以角速度勻速運動。線圈通過滑環(huán)與定勻速運動。線圈通過滑環(huán)與定值電阻值電阻R R及理想電流表組成閉合回路。已知理想電壓表的示數(shù)為及理想電流表組成閉合回路。已知理想電壓表的示數(shù)為U U，從線圈平面與磁感，從線圈平面與磁感線

22、平行的位置開始計時，則（）線平行的位置開始計時，則（）A AR R兩端電壓瞬時值的表達(dá)式為兩端電壓瞬時值的表達(dá)式為B B理想電流表的示數(shù)為理想電流表的示數(shù)為C C從從 到到 的時間內(nèi)，穿過線圈平面磁通量的變化量為零的時間內(nèi)，穿過線圈平面磁通量的變化量為零D D若若=100 rad/s=100 rad/s，通過，通過R R的電流每秒鐘方向改變的電流每秒鐘方向改變5050次次2sinRuUt22()NBSIRr2326 6如圖所示為一電流通過一電子元件后的波形圖（曲線部分為正弦交流電的一部分），如圖所示為一電流通過一電子元件后的波形圖（曲線部分為正弦交流電的一部分），則下列說法正確的是（）則下列說法正確的是（）A A這是一種交變電流這是一種交變電流B B電流的變化周期為電流的變化周期為0.015s0.015sC C電流通過電流通過100100電阻時，