資源簡介

(共52張PPT)
3.2 交變電流的描述
人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）
第三章 交變電流
目錄
素養目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
正確教育
素養目標
1.理解交變電流的周期和頻率的含義，掌握它們之間的關系
2.理解交變電流的有效值和峰值的含義
3.能用數學公式和圖像對交變電流進行描述
4.會根據電流的熱效應推導交變電流的有效值
如何描述交變電流的變化特征呢？
溫故知新
什么是交變電流？
電壓、電流的大小和方向都隨著時間做周期性變化的電流
想一下交變電流的規律
從中性面開始計時，
i
t
O
新課講解
第一節
交變電流的周期和頻率
2.正弦式交變電流
（2）瞬時值：
1.交變電流（AC）
電流、電壓大小和方向隨時間做周期性變化，這樣的電流叫作交變電流。
（1）最大值（峰值）： 、、　
3.正弦交流電的變化規律：
瞬時電動勢
瞬時電流
瞬時電壓
（從中性面開始計時）
溫故知新
利用示波器，觀察用學生電源的交流擋供電時候的波形
交變電流是周期性變化的電流，用什么來描述周期性變化的快慢呢？
i
t
O
i
t
O
i
t
O
i
t
O
仔細觀察下圖中的交變電流變化規律，他們有什么異同？
e
O
2
4
6
t/s
8
e
O
2
4
6
t/s
8
交變電流的變化快慢情況不一樣。
1.周期（ T ）：交變電流完成一次周期性變化所需的時間，叫作它的周期。
2.頻率（ f ）：交變電流完成周期性變化的次數與所用時間之比叫作它的頻率，數值等于交變電流在單位時間內完成周期性變化的次數。
T
交變電流的周期和頻率
周期和頻率的關系如何？各自的單位是什么？
描述交變電流快慢的物理量除周期、頻率外，還有哪些？
思考
周期和頻率的關系為 。
T 的單位為秒（s），f 的單位為赫茲（Hz）
還有轉速n（轉/s）和角速度（弧度/s）
T
T
T
轉速、角速度與周期、頻率又有什么關系呢？
思考
周期 T =0.02 s，頻率為 f =50 Hz。
一交變電流的電壓隨時間的變化圖像如圖所示，這個交變電流的周期是多少？頻率是多少？
t/s
u/V
0
Um
-Um
P
P’
0.02
0.04
第二節
交變電流的峰值和有效值
1. 交變電流峰值（Im、Um）
指交變電流各個參量一個周期內所能達到的最大值。表示交變電流的強弱或電壓的高低。
t/s
u/V
0
Um
-Um
0.02
0.04
t/s
I/A
0
Im
-Im
0.02
0.04
2.交變電流瞬時值
交變電流某一時刻的電壓（電流）值。
從線圈位于中性面位置時開始計時交變電流瞬時值:
e=Emsin i=Imsin
（1）電容器上的標稱電壓值（耐壓值）是電容器兩極間所允許電壓的最大值。
（2）線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速旋轉時，電動勢的最大值。
如圖所示是通過一個 R 為 1 Ω 的電阻的交變電流 i 隨時間變化的圖像
可以分段求解交變電流產生的焦耳熱
（1）怎樣計算通電10 s 內電阻 R 中產生的熱量？
（2）如果有一個大小、方向都不變的橫店電流通過這個電阻 R ，也能在 10 s 內產生同樣的熱量，這個電流是多大？
（1）28 J （2）1.67 A
思考與討論
例題
如圖所示電流I=2A通過一個R=2Ω的電阻。它是恒定電流。怎樣計算通電1s內電阻R中產生的熱量？
1
2
3
2
4
解：根據焦耳定律得：
經典例題
點擊返回
3.交變電流的有效值：
讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交流電流的一個周期內它們產生的熱量相等，而這個恒定電流的電流、電壓分別為I、U，我們就把I、U叫做這一交變電流的有效值。
相同電阻
相同時間
相同熱量
如圖所示為某家用電器的銘牌，該銘牌上標有“220 V”和“50 Hz”的字樣，其中“220 V”有什么含義？
表示該用電器所使用的的工作電源的電壓有效值為220 V
家用電器上標出的額定電壓和額定電流是有效值
相同電阻
相同時間
相同熱量
4.正弦式交流電的有效值與峰值的關系：
（1）對于正弦式交變電流有
（2）對于非正弦式交變電流，其有效值需按有效值的定義計算
經典例題
答案:A
1.任何電流都有有效值，但上述關系只限于正弦交變電流，對其他形式的交變電流并不適用。需按定義計算。
2.交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值。
3.交流電流表和交流電壓表的讀數是有效值，對于交流電若有特殊說明的均指有效值。
4.在求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值。
第三節
正弦式交變電流
的公式和圖像
1.公式法：
2.圖像法：
思考
從數學公式或圖像上可以獲得哪些信息？
電壓（電流）的峰值（有效值）、任意時刻的瞬時值，以及周期（頻率、角速度、轉速）
正弦式交變電流的公式和圖像
　 規律 物理量　 從中性面開始計時 圖象
磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
電動勢 e＝Emsin ωt＝NBSω sin ωt
電壓 u＝Umsin ωt＝ sin ωt
電流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt
根據交變電流的電壓隨時間的變化圖像，寫出 t = 0.05 s、t = 0.1 s時的電壓值。并思考一個周期內電壓的峰值是多少。
t = 0.05 s時的電壓值為Um，t = 0.1 s 時的電壓值為0
一周期內電壓的峰值為Um
經典例題
拓展：電感器和電容器對交變電流的作用
電阻對直流和交流有相同阻礙作用。
問題1：直流電源電動勢與交變電源電動勢有效值相等，內阻相同。燈泡和電感器均相同。接交流電和直流電，燈泡的亮度是否相同？接直流電時，有電感器和無電感器燈泡的亮度是否相同？
L
S
E
圖甲： 電感器對直流電作用
圖乙： 電感器對交流電作用
L
S
u
操作1: 線圈 L 串聯燈泡后接到直流電源
操作2: 用導線將線圈 L 短路
現 象 : 燈泡亮度基本不變化。實驗說明什么
操作1: 線圈 L 串聯燈泡后接到交流電源
操作2: 用導線將線圈 L 短路
現 象 : 燈泡亮度變亮。實驗說明什么
結論：電感器對直流電幾乎無影響，電感器對交流電有阻礙作用。
1. 感抗：電感線圈對交變電流的阻礙作用。用字母X L 表示，單位是 歐 ( Ω )。
2. 意義：描述電感器對交變電流的阻礙作用大小的物理量。
L
S
u
通直流，阻交流。
通低頻，阻高頻。
阻礙原因
電感器有自感作用，自感電動勢越大阻礙作用就越大
L
S
u
線圈的自感系數 L
交變電流的頻率 f
L 越大，f 越高，XL 越大
即：XL = 2π L
4. 實質：變流電不斷變化，產生的自感電動勢，阻礙磁通量變化
3. 因素：
5.電感器特點：
電感器的應用
高頻扼流圈
低頻扼流圈
結構特點
作用
——扼流圈
線圈繞在鐵芯上,匝數多，自感系數大、感抗大
線圈繞在鐵氧體上,匝數少，自感系數小、感抗小
通直流，阻交流
通直流，通低頻，阻高頻
問題2：把小燈泡和電容器串聯在電路中，分別接在交流電和直流電上，燈泡的亮度是否相同？接直流電時，有電容器和無電容器時燈泡的亮度是否相同？
操作1: 電容器 C 串聯燈泡后接到直流電源
操作2: 用導線將電容器 C 短路
現 象: 燈泡由不亮變為亮。實驗說明什么
操作1: 電容器 C 串聯燈泡后接到交流電源
操作2: 用導線將電容器 C 短路
現 象: 燈泡都在亮。實驗說明什么
圖甲： 電容器對直流電作用
C
S
E
圖乙： 電容器對交流電作用
C
S
u
結論：直流電不能通過電容器，交流電能“通過”電容器
1. 容抗：電容器對交變電流的阻礙作用。用字母XC 表示，單位是 歐 ( Ω )。
2. 意義：描述電容器對交變電流的阻礙作用大小的物理量。
C
S
u
3. 因素：
4. 實質：電容器兩極板上積累的電荷對向這個方向定向移動的電荷的反抗作用
電容器的電容 C
交變電流的頻率 f
C 越大，f 越高，XC 越小
即：
通交流，隔直流。
通高頻，阻低頻。
阻礙原因
電容器兩極板上累積的電荷對在這個方向上定向移動的電荷有反抗作用
C
S
u
5.電容器特點：
6.電容器的應用
作 用
結構特點
隔直電容器
高頻旁路電容器
電容器串聯在電路中(C大)
電容器并聯在電路中(C小)
通交流，隔直流
通高頻，阻低頻
電路圖
1.一個電動機上標“220V，1.5kW”，那么為了使它正常工作，所使用的正弦交流電應是( )
A.電壓有效值為220V，電壓最大值為220V
B.電壓有效值為311V，電壓最大值為220V
C.電壓有效值為220V，電壓最大值為311V
D.電壓有效值為311V，電壓最大值為311V
C
經典例題
答案：C
解析：電動機上標“220V，1.5kW”，其中220V為有效值，為了使它正常工作，交流電的電壓有效值為220V，電壓最大值為。
故選C。
2.矩形金屬線圈繞垂直于磁場方向的轉軸在勻強磁場中勻速轉動，線圈中產生的交變電流i隨時間t變化的關系如圖所示。下列說法正確的是( )
A.此交變電流的周期為0.03s
B.此交變電流的頻率為100Hz
C.此交變電流的最大值為0.4A
D.此交變電流的有效值為0.4A
C
經典例題
答案：C
解析：AB.通過題圖可得到，該交流電周期 ，故頻率：
故AB錯誤；
CD.由題圖可判斷該正弦交流電電流的最大值為 ，故有效值為：
故C正確，D錯誤；
故選C。
1.交變電流的描述
（1）正顯示交變電流的周期和頻率
①周期：
②頻率和周期的關系： 或
（2）正弦式交變電流的函數表達式（線圈從中性面位置開始計時）
①電動勢e隨時間變化的規律：e=Emsin ωt，其中ω是線圈轉動的角速度，Em=NBSω
②負載兩端的電壓 u 隨時間變化的規律：u=Umsin ωt
③電流 i 隨時間變化的規律：i=Imsin ωt
我國電網交流電周期是0.02s，頻率是50Hz
（3）交變電流的瞬時值、峰值、有效值、平均值
①瞬時值：交變電流某一時刻的值，是關于時間的函數
②峰值：交變電流（電流、電壓或電動勢）所能達到的最大的值，也叫最大值
③有效值：根據電流的熱效應等效出的對應的恒定電流的值叫交變電流的有效值。對于正弦式交流電，其有效值和峰值的關系為
，對于非正弦式交流電，其有效值根據電流的熱效應計算。
④平均值：
只有正弦式交流電的峰值與有效值之間才有√2倍的關系
不能用于計算發熱，只用于計算電荷量
（4）兩個特殊位置的特點
①線圈平面與中性面重合時，S⊥B， 最大， ，e=0，i=0，電流方向發生改變
②線圈平面與中性面垂直時，S∥B， =0， 最大，e最大，i最大，電流方向不改變。
最大時，e最小； 最小時，e最大
2.電感器、電容器對交流電流的影響
（1）電感器對交流電的阻礙作用
①線圈的自感系數L越大、交流電的頻率f 越高，感抗越大
②低頻扼流圈，自感系數L大，通直流、阻交流；高頻扼流圈，自感系數L小，通直流、通低頻、阻高頻
（2）電容器對交流電的阻礙作用
①電容器的電容C越大、交流電的頻率f 越高，容抗越小
②隔直電容器的電容C大，隔直流、通交流；高頻旁路電容器的電容C小，阻低頻、通高頻
電能與磁場能的相互轉化
電容器極板上的電荷對定向移動的電荷有阻礙作用
1.如圖所示是一交變電流的 圖象，曲線部分為正弦函數的一部分，則該交變電流的有效值為( )
B
A.4A B. C. D.
答案：B
解析：由電流有效值的定義可得
解得
故選B。
2.一正弦式交變電壓隨時間變化的規律如圖所示，由圖可知( )
A.該交變電壓的有效值為100V
B.該交變電壓的頻率為25Hz
C.該交變電壓瞬時值的表達式為
D.若將該交變電壓加在阻值為100Ω的電阻兩端，該電阻消耗的功率為100W
B
答案：B
解析：A.根據圖象可知該交變電壓的最大值為100V，故A錯誤；
B.周期為 ，所以頻率為25Hz，故B正確；
C.依題意有
交變電壓瞬時值表達式為 ,故C錯誤；
D.若將該交變電壓加在阻值為 的電阻兩端，因為電壓有效值
為 V
所以功率為
故D錯誤。
3.如圖所示為四種電流隨時間變化的圖像，其中圖②③中每段曲線均為余弦或正弦曲線的一部分，電流的最大值均為 ，下列說法正確的是( )
A.圖①②所示電流的有效值相等
B.圖②③所示電流變化周期相等
C.圖①所示電流的有效值是圖③的2倍
D.圖④所示電流的有效值等于圖③所示電流的有效值
A
答案：A
解析：圖②所示電流的有效值與余弦電流有效值相等，正弦（或余弦）電流的有效值 , 與周期無關，故A正確；圖②所示電流變化周期為 ，圖③所示電流變化周期為 ，故B錯誤；圖③所示電流的有效值滿足 ，
解得 ，故C錯誤；
圖④所示電流的有效值滿足 ，
解得 ，故D錯誤

展開更多......

收起↑