高中物理 第五章 交變電流 5.2 描述交變電流的物理量課件 新人教版選修32.ppt

2描述交變電流的物理量 第五章交變電流 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 掌握交變電流的周期 頻率 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度三者之間的關(guān)系 2 能理解電流的有效值 知道有效值是與熱效應(yīng)有關(guān)的量 3 掌握交變電流有效值與峰值的關(guān)系 會(huì)進(jìn)行有效值的計(jì)算 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ) 重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn) 達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān) 自主預(yù)習(xí) 一 周期和頻率1 周期 t 交變電流完成一次變化所需的時(shí)間 2 頻率 f 交變電流在1s內(nèi)完成變化的次數(shù) 3 t 或f 周期性 周期性 二 峰值和有效值1 峰值 交變電流的電壓 電流能達(dá)到的叫峰值 2 有效值 讓交流與恒定電流分別通過的電阻 如果在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的相同 則此恒定電流的數(shù)值叫做交流電的有效值 3 在正弦式交變電流中 最大值與有效值之間的關(guān)系e emu umi im 最大值 大小相同 熱量 0 707 0 707 0 707 三 相位和相位差1 定義 正弦式交變電流u umsin t 其中 叫做交變電流的相位 兩支交流的相位之差叫做它們的相位差 2 正弦式交流電u1 umsin t 1 和u2 umsin t 2 的相位差是 t 1 2 即學(xué)即用 1 判斷下列說法的正誤 1 正弦式交變電流的正負(fù)兩部分是對(duì)稱的 所以有效值為零 2 交變電流的有效值就是一個(gè)周期內(nèi)的平均值 3 一個(gè)正弦式交變電流的峰值同周期 頻率一樣是不變的 但有效值是隨時(shí)間不斷變化的 4 交流電路中 電壓表 電流表的測(cè)量值都是有效值 答案 2 我國電網(wǎng)中交流電的頻率為50hz 則我國提供市電的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 r min 3000 重點(diǎn)探究 導(dǎo)學(xué)探究 如圖1所示 交變電流完成一次周期性變化需要多長(zhǎng)時(shí)間 在1s內(nèi)完成多少次周期性變化 一 周期和頻率 答案 圖1 答案完成一次周期性變化需要0 02s 在1s內(nèi)完成50次周期性變化 知識(shí)深化 交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度 或轉(zhuǎn)速n有關(guān) n 越大 周期越短 頻率越高 其關(guān)系為t 2 f 2 n 解析由題圖知t 0 2s 故f 5hz 即1s內(nèi)完成5個(gè)周期 線圈轉(zhuǎn)5圈 每轉(zhuǎn)1圈電流方向改變2次 故a錯(cuò)誤 b d正確 在t 0 1s時(shí) e 0 所以線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直 故c錯(cuò)誤 例1 多選 矩形金屬線圈共10匝 繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 線圈中產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的情況如圖2所示 下列說法中正確的是a 此交變電流的頻率為0 2hzb 1s內(nèi)電流方向變化10次c t 0 1s時(shí) 線圈平面與磁場(chǎng)方向平行d 1s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)5圈 圖2 答案 解析 答案q i12rt1 i22rt2 42 1 0 5j 22 1 0 5j 10j 導(dǎo)學(xué)探究 1 圖3是通過一個(gè)r 1 的電阻的電流i隨時(shí)間t變化的圖象 1 試計(jì)算1s內(nèi)電阻r中產(chǎn)生的熱量 二 峰值和有效值 圖3 答案 答案根據(jù)交變電流有效值的定義可得 i2rt q 2 如果有一個(gè)大小 方向都不變的恒定電流通過這個(gè)電阻r 也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量 這個(gè)電流是多大 答案 答案小燈泡不會(huì)被燒壞 交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u 6sin 100 t v中6v是最大值 其有效值為6v 而標(biāo)有 6v2w 的小燈泡中的6v是有效值 電容器會(huì)被擊穿 2 某交流電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u 6sin 100 t v 把標(biāo)有 6v2w 的小燈泡接在此電源上會(huì)不會(huì)被燒壞 把標(biāo)有6v的電容器接在此電源上會(huì)不會(huì)被擊穿 答案 知識(shí)深化 1 峰值和有效值的應(yīng)用 1 電容器所能承受的電壓應(yīng)高于交流電的峰值 否則電容器可能被擊穿 2 電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)注的額定電壓 額定電流都是有效值 交流電壓表和交流電流表測(cè)量的也是有效值 3 保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值 2 有效值的計(jì)算 1 對(duì)于正弦式交變電流 可先根據(jù)em nbs 求出最大值 然后根據(jù)e 求出其有效值 2 當(dāng)電流是非正弦式交變電流時(shí) 必須根據(jù)有效值的定義求解 先計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量q 再將熱量q用相應(yīng)的物理量的有效值表示 即q i2rt或q 最后代入數(shù)據(jù)求解有效值 例2 多選 下列關(guān)于交流電的說法中正確的是a 交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓值和電流值是交流電的峰值b 用交流電流表和電壓表測(cè)定的讀數(shù)值是交流電的瞬時(shí)值c 給定的交流數(shù)值 在沒有特別說明的情況下是指有效值d 跟交變電流有相同的熱效應(yīng)的直流電的數(shù)值是交流電的有效值 解析對(duì)于交變電流 在沒有特別說明的情況下指有效值 交流電流表和電壓表的讀數(shù)值是交流電的有效值 交流電氣設(shè)備的銘牌上所標(biāo)的電壓值和電流值也是有效值 a b錯(cuò)誤 c正確 根據(jù)有效值定義可知 d正確 答案 解析 例3通過一阻值r 100 的電阻的交變電流如圖4所示 其周期為1s 電阻兩端電壓的有效值為 答案 解析 圖4 解析根據(jù)電流的熱效應(yīng)先計(jì)算電流的有效值 由 0 1a 2r 0 4s 2 0 2a 2r 0 1s 2 i2r 1s 可得流過電阻的電流的有效值i 電阻兩端電壓的有效值為u ir 故b正確 對(duì)于非正弦式交變電流的有效值 應(yīng)按有效值的定義計(jì)算 計(jì)算時(shí)要緊扣電流通過電阻產(chǎn)生的熱量進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算時(shí)間一般取一個(gè)周期 半周期對(duì)稱的可取半個(gè)周期 例4 多選 圖5甲 乙分別為兩種電壓的波形 其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化 圖乙所示的電壓的波形是正弦函數(shù)的一部分 下列說法正確的是a 圖甲 圖乙均表示交流電b 圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u 20sin100 t v c 圖甲所示電壓的有效值為10vd 圖乙所示電壓的有效值為10v 答案 解析 圖5 解析根據(jù)交變電流的定義 題圖甲 乙均表示交流電 題圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u 20sin100 t v 選項(xiàng)a b正確 1 有效值 1 只有正 或余 弦式交流電的有效值根據(jù)e 計(jì)算 2 計(jì)算與電流熱效應(yīng)有關(guān)的量 如電功 電功率 熱量 要用有效值 3 交流電表的測(cè)量值 電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓 額定電流 通常提到的交流電的數(shù)值都是指有效值 三 正弦式交流電有效值 最大值 平均值的對(duì)比 2 最大值寫正弦式交流電瞬時(shí)值表達(dá)式e emsin t時(shí)要用到最大值 最大值em nbs 3 平均值 例5如圖6所示 矩形線圈面積為s 匝數(shù)為n 線圈電阻為r 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)方向的oo 軸以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 外電路電阻為r 當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90 的過程中 求 1 通過電阻r的電荷量q 圖6 答案 解析 2 電阻r上所產(chǎn)生的熱量q 答案 解析 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 對(duì)描述交變電流物理量的理解 如圖7 實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī) 內(nèi)阻r 1 0 外接r 9 0 的電阻 閉合開關(guān)s 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e 10sin10 t v 則a 該交變電流的頻率為10hzb 該電動(dòng)勢(shì)的有效值為10vc 外接電阻r所消耗的電功率為10wd 電路中理想交流電流表a的示數(shù)為1 0a 答案 1 2 3 4 圖7 解析 1 2 3 4 交流電表的示數(shù)及功率的計(jì)算均要用有效值 因此電路中理想電流表a的示數(shù)i 1 0a 選項(xiàng)d正確 外接電阻r所消耗的電功率為p i2r 1 02 9w 9w 選項(xiàng)c錯(cuò)誤 解析設(shè)該交變電流的有效值為i 讓該交變電流和直流電分別通過同一電阻 阻值為r 在一個(gè)周期 t 0 2s 內(nèi) 該交變電流產(chǎn)生的熱量 q i12rt1 i22rt2在一個(gè)周期內(nèi)直流電通過該電阻產(chǎn)生的熱量q i2rt由q q 代入數(shù)據(jù) 解得i 5a 2 交變電流有效值的計(jì)算 如圖8所示是一交變電流隨時(shí)間變化的圖象 求此交變電流的有效值 1 2 3 4 答案 解析 答案5a 圖8 3 有效值的應(yīng)用 一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖9甲所示 已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5 0 外接一只電阻為95 0 的燈泡 如圖乙所示 則a 電壓表的示數(shù)為220vb 電路中的電流方向每秒鐘改變50次c 燈泡實(shí)際消耗的功率為484wd 發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24 2j 答案 圖9 解析 1 2 3 4 電流的有效值i 2 2a 發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為qr i2rt 2 22 5 1j 24 2j d正確 解析電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值 由題圖知電動(dòng)勢(shì)的最大值em 有效值e 220v 燈泡兩端電壓u 209v a錯(cuò)誤 1 2 3 4 由題圖甲知t 0 02s 一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次 可知1s內(nèi)