高中物理人教版選修1-1課件：3.3 交變電流

三、交變電流1.了解交變電流是怎樣產(chǎn)生的。2.定性了解交流的變化規(guī)律及其圖象表示和主要特征物理量。3.知道交流能通過(guò)電容器的原因,了解交流這一特性在電子技術(shù)中的應(yīng)用。4.初步了解發(fā)電機(jī)、交變電流的發(fā)明和利用對(duì)促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的作用,進(jìn)一步體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)生活之間的密切關(guān)系。一二三四一、交流發(fā)電機(jī)1.原理:電磁感應(yīng)現(xiàn)象,線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.結(jié)構(gòu):產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體和產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈。一二三四二、交變電流的變化規(guī)律1.定義:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫交變電流,簡(jiǎn)稱(chēng)交流。2.產(chǎn)生:矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸以某一角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中將產(chǎn)生正弦式電流。3.波形:正弦式電流的波形是正弦圖象。4.變化規(guī)律:在線圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí),線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流,這樣的位置叫中性面。從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),正弦式電流在某一時(shí)刻的電流、電壓的表達(dá)式為i=Imsinωt;u=Umsinωt。式中Im、Um分別是電流和電壓的最大值,叫作交流的峰值。5.相關(guān)物理量:瞬時(shí)值、最大值(峰值)、周期和頻率。一二三四三、交變電流能夠通過(guò)電容器當(dāng)電容器接到交流電路上,電容器交替進(jìn)行充電和放電,電路中形成電流。電容器能夠隔直流、通交流。使用220V交流電器,其金屬外殼與電源之間都有良好的絕緣(即外殼不與電源直接相連),但是,有時(shí)候用手摸外殼時(shí)仍會(huì)感到“麻手”,這是什么原因?提示:因?yàn)榕c電源直接相連的機(jī)芯和金屬外殼構(gòu)成了電容器的兩個(gè)極板,電源中的交變電流能“通過(guò)”這個(gè)“電容器”,產(chǎn)生“漏電”,故手摸外殼時(shí)會(huì)感到“麻手”。一二三四四、交變電流的有效值1.定義:把交流和直流分別通過(guò)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,我們就把這個(gè)直流電壓、電流的數(shù)值稱(chēng)作交流電壓、電流的有效值。2.正弦式電流有效值和峰值的關(guān)系:一二三一、直流與交變電流的對(duì)比按大小和方向的變化規(guī)律,可將電流作如下的分類(lèi):特別提醒電流大小和方向隨時(shí)間做周期性變化是交變電流的最重要特征。恒定電流僅僅是直流中的一種;同樣,交變電流也并不都是正弦式電流,正弦式電流的特殊規(guī)律不能適用于所有交變電流。一二三二、交變電流的描述1.周期和頻率交變電流的周期和頻率都是描述交變電流變化快慢的物理量。(1)周期T:交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間,單位是秒(s)。周期越長(zhǎng),交變電流變化越慢,在一個(gè)周期內(nèi),交變電流的方向變化兩次。(2)頻率f:交變電流完成周期性變化的次數(shù)與所需時(shí)間的比,單位是赫茲,符號(hào)為Hz;頻率越大,交變電流變化越快。一二三2.正弦式電流的圖象(1)如果以時(shí)間t為橫坐標(biāo)、電流i或電壓u為縱坐標(biāo),把電流或電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律用曲線畫(huà)出來(lái),會(huì)得到圖中所示的正弦曲線,這就是正弦式電流的圖象。一二三(2)從圖象中可以解讀到以下信息:①交變電流的最大值Im、Um、周期T。②因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流均為零,磁通量最大,所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻。③線圈平行于磁感線的時(shí)刻。④判斷線圈中磁通量的變化情況。⑤分析判斷i、u隨時(shí)間變化的規(guī)律。一二三3.正弦式電流有效值和最大值間的關(guān)系

對(duì)非正弦式電流,在計(jì)算有效值時(shí)應(yīng)按有效值的規(guī)定根據(jù)電流的熱效應(yīng)分析計(jì)算:把交流和直流分別通過(guò)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,我們就把這個(gè)直流電壓、電流的值稱(chēng)為交流電壓、電流的有效值。但應(yīng)注意所選時(shí)間至少應(yīng)是一個(gè)周期。(2)在計(jì)算交變電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量和電功、電功率以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí),只能用有效值。如電功率的計(jì)算公式P=UI中,U、I均為有效值。一二三特別提醒(1)實(shí)際應(yīng)用中,交變電流有不同的變化規(guī)律,常見(jiàn)的有以下幾種,如圖所示。(2)在交流電路中,電壓表、電流表等電工儀表的示數(shù)均為交變電流的有效值。在沒(méi)有具體說(shuō)明的情況下,所給出的交變電流的電壓、電流及電功率指的都是有效值,如各種用電器銘牌上的標(biāo)稱(chēng)值均為有效值。一二三三、交變電流與電容器的關(guān)系1.為什么交變電流能通過(guò)電容器將電容器和電源相連,當(dāng)開(kāi)關(guān)合上時(shí),電容器正極板上的自由電子便被電源所吸引,并推送到負(fù)極板上面,由于電容器兩極板之間隔有絕緣材料,所以從正極板跑過(guò)來(lái)的自由電子便在負(fù)極板上面堆積起來(lái),正極板上便因電子減少而帶上正電,負(fù)極板便因電子逐漸增加而帶上負(fù)電,電容器兩個(gè)極板之間便有了電壓,當(dāng)這個(gè)電壓與電源電壓相等時(shí),電容器的充電就停止了,此時(shí)若將電源切斷,電容器仍能保持充電電壓。對(duì)已充電的電容器,如果我們用導(dǎo)線將兩個(gè)極板連接起來(lái),由于兩極板間存在電壓,電子便會(huì)通過(guò)導(dǎo)線,回到正極板上,直至兩極板間的電勢(shì)差為零,電容器又恢復(fù)到不帶電的中性狀態(tài),導(dǎo)線中也就沒(méi)電流了。在電容器充放電的過(guò)程中,從外電路來(lái)看,導(dǎo)線中的電荷確實(shí)在流動(dòng),所以交變電流能夠通過(guò)電容器。一二三2.電容器的特點(diǎn):隔直流,通交流。加在電容器兩個(gè)極板上的交變電流頻率越高,電容器在單位時(shí)間內(nèi)充放電次數(shù)越多,充放電電流越大,也就是說(shuō),電容器對(duì)于頻率高的交變電流的阻礙作用小,即容抗小;反之,電容器對(duì)頻率低的交變電流產(chǎn)生的容抗大。對(duì)于同一頻率的交變電流,電容器的電容量越大,容抗就越小,電容量越小,容抗就越大。類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三交變電流的變化規(guī)律【例1】一個(gè)按正弦規(guī)律變化的交變電流的i-t圖象如圖所示,根據(jù)圖象可以斷定(

)A.交變電流的頻率f=0.2Hz類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三答案:BD題后反思理解圖象的物理意義,從圖象中找出周期和最大值,寫(xiě)出瞬時(shí)表達(dá)式。類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三有效值與峰值【例2】

在相同的時(shí)間內(nèi),某正弦式電流通過(guò)一阻值為100Ω的電阻產(chǎn)生的熱量,與一電流為3A的直流電通過(guò)同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等,則(

)答案:AC類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三類(lèi)型一類(lèi)型二類(lèi)型三交流電路中電容器的作用【例3】

對(duì)電容器能通過(guò)交變電流的原因,下列說(shuō)法正確的是(

)A.當(dāng)電容器接到交流電路中時(shí),因?yàn)橛凶杂呻姾赏ㄟ^(guò)電容器,電路中才有交變電流B.當(dāng)電容器接到交流電路中時(shí),電容器交替進(jìn)行充電和放電,電路中才有交變電流C.在有電容器的交流電路中,沒(méi)有電荷的定向移動(dòng)D.在有電容器的交流電