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(共40張PPT)
§5.2 交變電流的描述
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(jiǎn)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(guò)線圈的磁通量最大，但線圈的磁通量變化率為零，線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
1、產(chǎn)生：
2、中性面：
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
觀察思考：觀察銘牌上用電器的各種參數(shù)，回答下面的問(wèn)題：
銘牌上的220V是什么意思？
銘牌上的50HZ 是什么意思？
一、描述交流電的物理量：
1、最大值（峰值）： Em Um Ｉm 　
２、瞬時(shí)值：　e 　u 　 i
o
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
Em
e
Um
Ｉm
u
i
e
e
u
u
i
i
３、周期 T和頻率f：
（２）周期：
交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間。
（４）角頻率：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。
（３）頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。
（1）物理意義：表征交流電變化的快慢。
（５）關(guān)系：
200
－200
2
u/v
t/s
一、描述交流電的物理量：
我國(guó)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。
0.02
50
１００π
100
一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次。
例1.
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)?（ ）
A．400V，0.02s 　　 B．200V, 0.02s
C．400V, 0.08s 　　 D．200V, 0.08s
B
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　　　。
50HZ
311V
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/s
u/V
311
②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
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 u
0
t/s
u/V
Um
電壓最大值
電壓瞬時(shí)值
一、描述交變電流大小的物理量
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=400 sin 314 t加在電容器兩端，那么電容器的耐壓值不得低于
400V
②物理意義 ：表示電流的強(qiáng)弱或電壓的高低。
　　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.
一、描述交變電流大小的物理量
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
交流
恒定電流
I、U
通過(guò)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、U
一、描述交變電流大小的物理量
３.有效值：
i/A
t/s
２　１
－１
－２
例３．思考與討論：
電流i通過(guò)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(guò)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
　 0 0.2 0.5 1.0
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/A
t/s
２　１
－１
－２
0.８
　 0 0.2 0.5 1.0
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。
規(guī)定：
　　讓交流電和直流電通過(guò)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
一、描述交變電流大小的物理量
３.有效值：
i/A
t/s
+10
-10
0.05
0.1
0.15
0.2
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=5Hz
Im=10A
ω=2πf=10π
i=Imsinωt=10sin10πt
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
－200
2
0.25
200
u/V
t/s
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）電功和電熱的求取
（１）只能用
（２）數(shù)值上也等于圖線與ｔ軸包圍的面積與ｔ的比值
（３）通過(guò)導(dǎo)體的電荷量必須用平均值
電容
耐壓值（最大值）
220V
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(wèn)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？
0
t/s
u/V
200V
-200V
0.02
0.04
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
T
s
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)
f
HZ
同上
某一時(shí)刻的值
e,u,i
V,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
牛刀小試
1、下列說(shuō)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-10A
AB
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．0.25p B．0.5p C．p D．2p
B
所以有
解：
牛刀小試
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/A
t/s
1
0
2
3
4
2
-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/A
t/s
1
0
2
3
4
5
牛刀小試
４.下列有效值為 的是（ ）
i/A
t/s
0.2
0.4
0
-5
5
i/A
0.2
0.4
t/s
5
0
-5
5
0
-5
0.2
0.4
t/s
i/A
5
0
-5
i/A
t/s
A
B
C
D
AC
牛刀小試
課堂小結(jié)
1．最大值（峰值）： Em Um Ｉm 　
２．瞬時(shí)值： u i e
3．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： E U I
（1）定義：
根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定，讓交流電和直流通過(guò)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(shuō)明的均指有效值
C.求通過(guò)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。
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。
　　　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(guò)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．
1．實(shí)驗(yàn)表明電感對(duì)交變電流有阻礙作用．
2．感抗：電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小叫做感抗，用XL表示．
3．成因：由于交變電流是不斷變化的，所以在電感上產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)是阻礙電流變化的．
二、電感對(duì)交變電流的阻礙作用
２
二、電感對(duì)交變電流的阻礙作用
4．影響感抗的因素：
5．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．
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：
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(guò)電容器，而交流能夠“通過(guò)”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．
+
-
~
S
L
C
三、電容器對(duì)交變電流的阻礙作用
實(shí)驗(yàn)表明電容器對(duì)交流有阻礙作用．
三、電容器對(duì)交變電流的阻礙作用
2．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．
3．影響容抗的因素：電容器的電容和交變電流的頻率，電容越大，頻率越高，容抗越小．
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
~
~
~
~
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f
L越大，f越高，XL越大。
C越大，f越高，XC越小。
　例６.如圖所示，線圈的自感系數(shù)和電容器的電容都很小（如L=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，輸出高頻交流
　　D．阻高頻通低頻，輸出低頻交流和直流
解析：
　　　因線圈自感系數(shù)很小，所以對(duì)低頻成分的阻礙作用很小，這樣直流和低頻成分能順利通過(guò)殘留，電容器并聯(lián)在電路中，起旁路作用，因電容C很小，對(duì)低頻成分的阻礙作用很大，而對(duì)部分通過(guò)線圈的高頻成分阻礙作用很小，最終輸出的是低頻交流和直流．
　　　所以，正確選項(xiàng)為D．
D
課堂小結(jié)：
通直流 ，阻交流
通低頻， 阻高頻
電容對(duì)交變電流的作用：
通交流 ，隔直流
通高頻 ，阻低頻
電感對(duì)交變電流的作用：
低頻扼流圈（L大）
高頻扼流圈（L小）
隔直電容器
高頻旁路電容器（C小）
５.有一電阻極小的導(dǎo)線繞制成線圈接在交流電上，如果電源電壓峰值保持不變，比較下面哪種情況，通過(guò)線圈的電流最小( )
A、所加電源頻率為50 Hz
B、所加電源頻率為100 Hz
C、所加電源頻率為50 Hz，減少線圈匝數(shù)
D、在線圈中加入鐵芯，所加電源頻率為 100 Hz
D
牛刀小試
６、有兩個(gè)電容分別為C1=5 μF,C2=3 μF的兩電容器，分別加在峰值一定的交流電源上，比較下列哪種情況通過(guò)電容器的電流最大( )
A、在C1上加f=50 Hz的交變電流
B、在C2上加f=50 Hz的交變電流
C、在C1上加f=60 Hz的交變電流
D、在C2上加f=60 Hz的交變電流
C
牛刀小試

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