52描述交變電流的物理量

1、5.2描述交變電流的物理量描述交變電流的物理量復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧( (一一) )交變電流：交變電流： 大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流; ;簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)交流交流。 其中按其中按正弦規(guī)律正弦規(guī)律變化的交流電叫變化的交流電叫正弦交流電正弦交流電。 （二）正弦交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律（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)中當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻勻速轉(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?；摹＜凑医涣?。 跟磁感線垂直的平面叫做跟磁感線垂直的平面叫做中性面

2、中性面。這一位置穿。這一位置穿過(guò)線圈的過(guò)線圈的磁通量最大磁通量最大，但線圈的，但線圈的磁通量變化率為零磁通量變化率為零，線圈中線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1 1產(chǎn)生：產(chǎn)生：2 2中性面：中性面：3 3規(guī)律：規(guī)律： 函數(shù)表達(dá)式：函數(shù)表達(dá)式：從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)tIimsin在在純電阻電路純電阻電路中中: : 電流電流: : 電壓電壓:tUumsintEemsin電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì): :SNBEm一、描述交流電的物理量：一、描述交流電的物理量：1 1最大值（最大值（峰值）峰值）： Em Um m SNBEm瞬時(shí)值：瞬時(shí)值： u i e周期周期和和頻率頻率：（1 1）周期：）周期：交變電流

3、完成一次周期性變化所需的時(shí)間。交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間。（3 3）角頻率：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角頻率：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度角速度。 （2 2）頻率：）頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。 T T和和f f的物理意義：表征交流電的物理意義：表征交流電變化的快慢變化的快慢。（4 4）關(guān)系：）關(guān)系：Tf1fT22 我國(guó)生產(chǎn)和生活用交流電的周期我國(guó)生產(chǎn)和生活用交流電的周期T T_s_s，頻率，頻率f= _Hzf= _Hz，角速度角速度_rad/s_rad/s，在，在1s 1s內(nèi)電流內(nèi)電流的方向變化的方向變化_次。次。0.0250100一個(gè)周期內(nèi)電流方向改

4、變兩次一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次。 例例1. 1.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，僅使線關(guān)系，如圖所示，如果其它條件不變，僅使線圈的圈的轉(zhuǎn)速加倍轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)榉謩e變?yōu)?（ ）A400V，0.02s B200V, 0.02sC400V, 0.08s D200V, 0.08sB 練習(xí)練習(xí)1：如圖所示為某正弦交流電流的圖像，：如圖所示為某正弦交流電流的圖像，求其峰值、周期和角速度，并寫(xiě)出該電流的瞬求其峰值、周期和角速度，并寫(xiě)出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。時(shí)值表達(dá)式。 I Im

5、 20A100 rad/s.電流的瞬時(shí)表達(dá)式為電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i20sin100t(A)T0.02s22212122) 1 (RtIRtIQ3 . 01222 . 011222J8 . 2RtIQ2)2(118 . 22 IAI8 . 2有效值有效值： E U E U I I （1 1）定義）定義： 根據(jù)根據(jù)電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定，讓交流電和來(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)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。數(shù)值叫做這一交流電的有效值。（2 2）正弦交流電

6、正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：的有效值與最大值的關(guān)系：2mEE 2mII (3)(3)說(shuō)明：說(shuō)明：A A以上關(guān)系式只適用于以上關(guān)系式只適用于正弦正弦或或余弦余弦交交流電；流電；B B交流用電器的交流用電器的額定電壓額定電壓和和額定電流額定電流 指的是有效值；指的是有效值； C C交流電流表和交流電壓表交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是的讀數(shù)是 有效值有效值D D對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指 有效值有效值平均值：平均值：ENtB B求通過(guò)某導(dǎo)體截面的求通過(guò)某導(dǎo)體截面的電荷量電荷量一定要用一定要用 平均值。平均值。（4 4）注意：）注意：峰值峰值（最大值）、（最大值

7、）、有效值有效值、 平均值平均值在應(yīng)用上的區(qū)別。在應(yīng)用上的區(qū)別。 A A在求交流電的在求交流電的功、功率或電熱功、功率或電熱時(shí)必時(shí)必 須用交流電的有效值。須用交流電的有效值。 交流電一個(gè)周期電荷量的代數(shù)和為零，熱量并不為零。交流電一個(gè)周期電荷量的代數(shù)和為零，熱量并不為零。 例例2.2.某交流電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，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則此交流電的頻率是_Hz_Hz。若將該電壓加。若將該電壓加在在10uF10uF的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于于_V_V；若將該電壓加在一阻值為；若將該電壓加在一阻值為1K1K的的純電阻

8、用電器上，用電器恰能正常工作，為避純電阻用電器上，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流不能低于_A_A。20020020.2520021 . 0u/vt/s 例例3.如圖表示一交流的電流隨時(shí)間如圖表示一交流的電流隨時(shí)間變化的圖像變化的圖像,求該電流的有效值。求該電流的有效值。4 23 2222121122I RTI RTI RT22121()2III221(4 2)(3 2)52A 練習(xí)練習(xí)2 2：如圖表示一交流隨時(shí)間變化：如圖表示一交流隨時(shí)間變化的圖像，求此交流的有效值。的圖像，求此交流的有效值。to123424

9、iAs圖1535IA 2221222TTI RTI RI R2222141()()2222I 例例4.4.圖中兩交變電流通過(guò)相同的電阻圖中兩交變電流通過(guò)相同的電阻R R。求：。求：（1 1）分別寫(xiě)出它們的有效值、周期和頻率。）分別寫(xiě)出它們的有效值、周期和頻率。（2 2）計(jì)算它們?cè)冢┯?jì)算它們?cè)赗 R上產(chǎn)生的功率之比。上產(chǎn)生的功率之比。（2 2）P P甲甲:P:P乙乙I I1 12 2R:R:I I2 22 2R R（I I1 1I I2 2）2 21:21:2 15(1)2 A2I10.4sT 12.5Hzf 25AI 20.4sT 22.5Hzf 練習(xí)練習(xí)3: 3: 一個(gè)電阻接在一個(gè)電阻接在1

10、0 V10 V的直流電源上，的直流電源上，它的發(fā)熱功率是它的發(fā)熱功率是P P，當(dāng)接到電壓為，當(dāng)接到電壓為u=10sint Vu=10sint V的交流電源上，它的發(fā)熱的交流電源上，它的發(fā)熱功率功率 （ ） A0.25P B0.5P CP D2PB 例例4. 4. 如圖所示，線圈的面積是如圖所示，線圈的面積是0.05 0.05 ，共有，共有100100匝；匝；線圈電阻為線圈電阻為11，外接電阻，外接電阻R R99，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B B1 1 T T，當(dāng)線圈以，當(dāng)線圈以300 r/min300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，求：旋轉(zhuǎn)時(shí)，求：(1)(1)若從線

11、圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線若從線圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出線 圈中感圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式；應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式；(2)(2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)線圈轉(zhuǎn)過(guò)1 130s30s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值多大；多大；(4)(4) 線圈每轉(zhuǎn)過(guò)一周，外力所做的功。線圈每轉(zhuǎn)過(guò)一周，外力所做的功。25 3V(3)(3)電路中電壓表和電流表示數(shù)電路中電壓表和電流表示數(shù) 各各是多少是多少2.52A22.52V50sin(10)Vt25 J25 J 例例5.5.如圖所示，矩形線圈的匝數(shù)為如圖所示，矩形線圈的匝數(shù)為n n，線圈面，線圈面積為積為S S，線圈內(nèi)阻為，線圈內(nèi)阻為r r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

12、B的勻強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞磁場(chǎng)中繞OOOO軸以角速度軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為路電阻為R R。在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)。在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)9090的過(guò)的過(guò)程中，求：程中，求：(1)(1)通過(guò)電阻通過(guò)電阻R R的電量的電量q q；n B SqI tRr(2)(2) 電阻電阻R R上產(chǎn)生的焦耳熱上產(chǎn)生的焦耳熱QQ 在此過(guò)程中電阻在此過(guò)程中電阻R R上的焦上的焦耳熱為一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱耳熱為一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱的的1 14 4， 222)(4)41rRnBSRRTIQ（ 練習(xí)練習(xí)4 4：邊長(zhǎng)為：邊長(zhǎng)為a a的的單匝單匝正方形線圈在磁感應(yīng)正方形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

13、，以的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以O(shè)OOO為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為角速度為，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，線圈電阻，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，線圈電阻為為R R，求：，求：(1)(1)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)T T4 4的過(guò)程中產(chǎn)生的的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量熱量QQ。RaBQ442(2)(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)T T4 4的的過(guò)程中通過(guò)線圈某截面的電過(guò)程中通過(guò)線圈某截面的電量量q q。 2222BaBaqItRR 小小 結(jié)結(jié)1 1最大值（最大值（峰值）峰值）： Em Um m 瞬時(shí)值：瞬時(shí)值： u i e3 3周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間。周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間。4 4頻率：頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。Tf1fT225 5有效值有效值： E U E U I I （1 1）定義）定義： 根據(jù)根據(jù)電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定，讓交流電和直流通過(guò)相來(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，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