高中物理 3.3 交變電流學(xué)案 新人教版選修1-12

1、 3.3 交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.了解交變電流是怎樣產(chǎn)生的.2.定性了解交變電流的變化規(guī)律及其圖象表示和主要特征物理量.3.知道交流電能通過電容器的原因，了解交流電這一特性在電子技術(shù)中的應(yīng)用一、交流發(fā)電機(jī)1發(fā)電原理：由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使得穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢2交變電流：大小、方向隨時(shí)間做周期性變化的電流，簡稱交流方向不隨時(shí)間變化的電流叫直流二、正弦式電流的變化規(guī)律1定義：電流、電壓隨時(shí)間按正弦函數(shù)的規(guī)律變化的交流電叫做正弦式電流2圖象：正弦圖象3表達(dá)式：iImsin t ，uUmsin t，式中Im、Um分別是電流、電壓的最大值，叫做交流的峰值4交變電流的有效值(Ue

2、、Ie)(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的：把交流和直流分別通過相同的電阻，如果在相同的時(shí)間里它們產(chǎn)生的熱量相等，我們就把這個(gè)直流電壓、電流的數(shù)值叫做這一交流的有效值(2)對正弦式交變電流，其有效值和峰值之間存在著如下的關(guān)系：Ie0.707ImUe0.707Um三、交流電能通過電容器電容器具有“隔直流，通交流”的特點(diǎn)，故在電子技術(shù)中廣泛應(yīng)用.一、交流發(fā)電機(jī)問題設(shè)計(jì)1你是怎樣區(qū)別直流電流和交變電流的？這兩種電流有何根本區(qū)別？答案大小、方向隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流，各種電池供給的只沿一個(gè)方向流動的電流叫做直流這兩種電流的根本區(qū)別在于交變電流的方向隨時(shí)間做周期性變化，直流電

3、流的方向不隨時(shí)間變化2交變電流是怎樣產(chǎn)生的？交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如何？答案在實(shí)際中，交變電流是由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)的原理是利用磁場與線圈間的相對轉(zhuǎn)動使穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這一感應(yīng)電動勢是交變的電動勢，從而與用電器形成的閉合電路中產(chǎn)生的電流是交變電流各種交流發(fā)電機(jī)都是由固定不動的定子和能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子組成有的發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)動，磁體不動稱為旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)有的發(fā)電機(jī)線圈不動，磁體轉(zhuǎn)動，稱為旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)要點(diǎn)提煉1直流電和交變電流(1)直流電：方向不隨時(shí)間變化的電流，稱為直流電，簡稱直流，用字母“DC”或符號“”表示(2)交變電流：大小、方向隨時(shí)間做周期性變化的電流，

4、稱為交變電流，簡稱交流，用字母“AC”或符號“”表示注意電流方向隨時(shí)間做周期性變化，是交流電的最主要特征，也是交流電與直流電的最主要的區(qū)別2交流發(fā)電機(jī)的原理當(dāng)閉合線圈在磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，因而在線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電流線圈做周期性的運(yùn)動，在線圈中就產(chǎn)生了大小和方向隨時(shí)間變化的交變電流二、交流的變化規(guī)律問題設(shè)計(jì)電網(wǎng)供給的交流電經(jīng)過降壓后使燈泡發(fā)光，把示波器的兩個(gè)輸入端接到燈泡的兩端，在熒光屏上觀察到燈泡兩端的電壓隨時(shí)間變化的曲線. 請仔細(xì)觀察圖線，我國電網(wǎng)中的交流電，它的電壓、電流隨時(shí)間按什么函數(shù)規(guī)律變化答案正弦函數(shù)要點(diǎn)提煉正弦交流電1定義：交變電流的電流、電

5、壓隨時(shí)間按正弦函數(shù)的規(guī)律變化叫做正弦式交流電2表達(dá)式：電流iImsin t ，電壓uUmsin t.3圖象(如圖1所示)圖1延伸思考家里電燈用的是交變電流，電流在最大值和零之間不斷變化，但為什么我們看不到電燈的閃爍？答案交流電的周期是0.02 s，電流每周期內(nèi)兩次達(dá)最大值，兩次為零，所以電燈兩次最亮的時(shí)間間隔僅0.01 s，比人眼的視覺暫留時(shí)間要小，所以感覺不到電燈的閃爍另外由于電燈發(fā)光是燈絲高溫?zé)霟岚l(fā)光，燈絲的溫度變化需要一定的時(shí)間，而電流兩次最大的時(shí)間間隔很短，燈絲的溫度、亮度不會有明顯的變化三、交流能夠通過電容器問題設(shè)計(jì)按圖2和圖3所示電路，讓同一小燈泡與電容器串聯(lián)后分別接上直流電源和交

6、流電源，觀察燈泡的發(fā)光情況圖2圖31根據(jù)觀察到的現(xiàn)象你能得出什么結(jié)論？答案交流電能夠“通過”電容器，直流電不能通過電容器電容器具有“隔直流、通交流”的作用2交流電是如何“通過”電容器的？它與交流電通過電阻有什么不同？答案由于交流電的電壓值隨時(shí)間不斷變化，電容器接到交流電源兩端時(shí)，如果電壓升高，則電容器充電，在電路中形成充電電流經(jīng)過峰值以后，交流電壓降低，電容器放電，形成放電電流盡管電荷實(shí)際上并沒有越過兩極板間的介質(zhì)，但從外電路看來，導(dǎo)線中的電荷確實(shí)在流動，所以，電容器的充電和放電表現(xiàn)為交流電“通過”了電容器交流電通過電阻時(shí)確實(shí)有電荷在電阻導(dǎo)體中定向移動，而交流電通過電容器時(shí)電荷實(shí)際上并沒有越過

7、兩極板間的介質(zhì)要點(diǎn)提煉1電容器具有“隔直流、通交流”的作用交流電“通過”電容器，實(shí)質(zhì)上是電容器的反復(fù)充電和放電過程的表現(xiàn)2電容器在電子技術(shù)中的應(yīng)用(1)濾波電容器：電容器能夠把混雜在直流中的交流成分濾掉，稱為濾波電容器(2)隔直電容器：在收音機(jī)的音頻放大電路中電容器能夠把音頻信號傳到下一級，而不讓直流成分通過，稱為隔直電容器四、交流的有效值問題設(shè)計(jì)1我們常說“照明電路的電壓是220 V，動力電路的電壓是380 V”指的是交流電壓的什么值？答案有效值2正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系如何？答案Ie0.707ImUe0.707 Um要點(diǎn)提煉交變電流的瞬時(shí)值、最大值和有效值1瞬時(shí)值和最大值：瞬

8、時(shí)值是交變電流某一時(shí)刻的值，瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù)，不同時(shí)刻，瞬時(shí)值不同瞬時(shí)值中最大的叫最大值2有效值：交流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：把交流和直流分別通過相同的電阻，如果在相等的時(shí)間里它們產(chǎn)生的熱量相等，就把這個(gè)直流電壓、電流的數(shù)值，叫該交變電流的有效值分別用“Ue、Ie”表示3我們通常說家庭電路的電壓是220 V，是指有效值各種使用交變電流的電器設(shè)備上所標(biāo)的是額定電壓和額定電流的有效值，一般交流電流表和交流電壓表測量的數(shù)值也都是有效值對電容器來說，其擊穿電壓值應(yīng)小于交流的最大值以后提到交變電流的數(shù)值，凡沒有特別說明的，都是指有效值一、交流電的理解例1下圖中屬于交變電流的是()解析根據(jù)交變

9、電流的定義判斷，大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流符合此定義的是B、C兩圖，A、D兩圖中只是電流的大小做周期性變化，方向未變，不符合定義答案BC例2一個(gè)按正弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流的it圖象如圖4所示，根據(jù)圖象可以斷定()圖4A交變電流的頻率f0.2 HzB交變電流的有效值Ie14.14 AC交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式i20sin (0.02t) AD在t時(shí)刻，電流的大小與其有效值相等解析從題圖中可以看出，交變電流的最大值為Im20 A有效值為Ie A10 A14.14 A交變電流的周期為T0.02 s，所以f50 Hz交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為iImsin tImsin 2ft20si

10、n (314t) A在t時(shí)，交變電流的瞬時(shí)值為iImsin tImsin Ie，所以答案為B、D項(xiàng)答案BD二、電容器對交流電的影響例3如圖5所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交變電源的兩端，當(dāng)交變電源的頻率增加時(shí)()圖5A電燈變暗B電燈變亮C電燈亮度不變D不能確定解析直流電不能通過電容器，而交流電能“通過”電容器，且交流電的頻率越高，電流的“通過”能力也越高，所以B選項(xiàng)正確答案B三、交流電的有效值例4某一電熱器接在U110 V的直流電源上，每秒產(chǎn)生的熱量為Q；現(xiàn)把它改接到交流電源上，每秒產(chǎn)生的熱量為2Q，則該交流電壓的最大值Um是()A110 V B110 VC220 V D220 V解析設(shè)電熱器

11、的電阻為R.當(dāng)電熱器接在U110 V的直流電源上時(shí)，Q t當(dāng)電熱器改接到交流電源上時(shí)，2Q t兩式相比，得Um2U220 V.故選C.答案C1(交流電的理解)關(guān)于交變電流與直流電流的說法中，正確的是()A如果電流大小做周期性變化，則一定是交變電流B直流電流的大小可以變化，但方向一定不變C交變電流一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的D交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性變化答案BD2(正弦交流電的規(guī)律)某交變電流電壓的表達(dá)式為u220 sin (100t) V，關(guān)于這個(gè)交變電流的下列說法中正確的是()A頻率為100 HzB電壓的有效值為220 VC電壓的峰值為311 VD周期為0.05 s答案BC解析由表達(dá)式可直接求出電壓的峰值Um220 V311 V，有效值Ue220 V，故B、C選項(xiàng)正確；因100 rad/s，故交變電流的周期T0.02 s，頻率f Hz50 Hz，故A、D選項(xiàng)錯(cuò)誤3(交流電的有效值)如圖6所示為一交變電流的電流隨時(shí)間變化的圖象，此交變電流的有效值是()圖6A5 A B5 AC3.5 A D3.5 A答案B解析使此交變電流通過電阻R，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q交IRIR(II)R，式中I14 A，I23 A，T0.02 s.設(shè)另一直流電流I，則通過相同的電阻R在相同時(shí)間(T0.02 s)內(nèi)產(chǎn)生的熱量為：Q直I2RT.根據(jù)