交變電流的特點

交變電流與遠距肉輸電第1節(jié)交變電流的特點學習目標：1.［物理觀念］知道什么是直流電、交變電流并能夠區(qū)分。2.［物理觀念］知道交變電流的周期、頻率以及它們之間的關(guān)系。3.［科學思維］理解交變電流的最大值和有效值，能利用有效值的定義計算常見交變電流的有效值。課茄自主學習自主預(yù)習?探新知匚［■知識梳理一|閱讀本節(jié)教材，回答第52頁“問題”并梳理必要知識點。教材？52問題提示：交變電流是方向隨時間做周期性變化的電流，直流電是方向不隨時間變化的電流。描述交變電流的物理量有周期、頻率、最大值和有效值等。一、直流電流和交變電流直流電流：方向不隨時間變化的電流。恒定電流：大小和方向都不隨時間變化的電流。交變電流：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流，俗稱交流。圖像特點恒定電流的圖像是一條與時間軸平行的直線，如圖甲所示。交變電流的圖像有時會在時間軸的上方，有時會在時間軸的下方，即隨時間做周期性變化，如圖乙所示。甲乙二、交變電流的周期和頻率交變電流的周期和頻率的比較Z周期T)頻率(f)

定義交變電流完成1次周期性變化所需的時間交變電流在一段時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)與這段時間之比單位s（秒）Hz（赫茲）作用表示交變電流變化的快慢我國交變電流0.02s50Hz聯(lián)系1T=亍或2.正弦式交變電流大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的電流。三、交變電流的最大值和有效值最大值交變電流在一個周期內(nèi)所能達到的最大值叫作交變電流的最大值，又稱峰值，交變電流的電流、電壓的峰值分別用Im和Um表示。有效值讓交變電流和恒定電流分別通過相同阻值的電阻，如果它們在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則該恒定電流的數(shù)值就叫作交變電流的有效值。交變電流的電流、電壓的有效值分別用I、U表示。正弦式交變電流的有效值和最大值的關(guān)系U=U|^0.707Um,I=I?2^0.707Imo—基礎(chǔ)宣測—思考判斷（正確的打“/”，錯誤的打“X”）TOC\o"1-5"\h\z（1）只要是交變電流，其峰值就是有效值的%，倍。（X）（2）家用電器銘牌上標稱的電流、電壓都是指有效值。（/）⑶電容器的耐壓值指的是交變電流的最大值。（/）（4）我國生活用電的頻率是50Hz，這種交變電流的方向在1s內(nèi)改變100次。(X)(V)（5）生活用電的電壓220V指有效值，動力用電的電壓(X)(V)（6）交變電流的有效值是從電流的熱效應(yīng)角度規(guī)定的。2.關(guān)于交變電流和直流電流的說法中正確的是（）如果電流大小隨時間做周期性變化，則一定是交變電流直流電流的大小和方向一定不變C?交變電流一定是按正弦規(guī)律變化的D,交變電流的最大特征就是電流的方向隨時間做周期性的變化D［直流電流的特征是電流的方向不變，電流的大小可以改變。交變電流的特征是電流的方向隨時間改變。交變電流有多種形式，正弦式交流電只是交變電流中最基本、最簡單的一種，故選項D正確。］3.（多選）有一交變電流如圖所示，由此圖像可知（）A.它的周期是0?8sB.它的最大值是4A它的有效值是2AD.它的頻率是0.8HzAB［由圖像可知周期為0?8s，頻率為1?25址，最大值為4A，有效值不等于平均值，也不是最，無法根據(jù)圖像計算，故C、D錯，A、B對。］'寸2咐「誠能合作探究?攻重唯學科素養(yǎng)解成交變電流與直流電（教師用書獨具）教材P53“迷你實驗室”答案提示：燈絲在磁場中抖動是因為交變電流的方向周期性變化，燈絲的受力方向周期性變化。命清境引入?助學舫鼓探究交變電流的特點如圖所示，把電流表接入到模型發(fā)電機的輸出端，搖動發(fā)電機的手柄，觀察電流表的指針擺動情況是怎樣的？電流表指針的擺動情況說明什么問題？提示：隨著線圈的轉(zhuǎn)動，電流表的指針不停地在“0”刻度線兩側(cè)左右擺動，說明手搖發(fā)電機產(chǎn)生的電流大小、方向都處于變化中。直流、交流、恒定電流的特點電流分類：按電流的方向是否變化分直流和交流兩種，方向不變的電流稱為直流，方向變化的電流稱為交流。直流分類：分為恒定電流和脈動直流，其中大小、方向都不隨時間改變的電流叫恒定電流，方向不隨時間改變而大小隨時間改變的電流叫脈動直流。交流分類：按交流電圖像特點分正弦(或余弦)式交變電流、矩形波交變電流、鋸形波交變電流等。交變電流與直流電的本質(zhì)區(qū)別交變電流的大小不一定變化，如方形波交變電流，其大小可以是不變的；直流電的大小不一定不變。交變電流與宜流電的最大區(qū)別在于交變電流的方向發(fā)生周期性變化，而宜流電的方向不變?！纠?】對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變化的圖像，下列描述哪些是正確的()電流的大小變化，方向也變化，是交流電電流的大小變化，方向不變，不是交流電電流的大小不變，方向不變，是直流電以上說法都不正確B［由i-t圖像可知，電流的大小變化，但電流方向一直為正，故電流方向不變，根據(jù)交變電流、直流電的定義可知，是直流電，B正確。］f—*規(guī)透■-飛識別交變電流的兩點技巧只要電流的方向發(fā)生周期性變化即為交變電流。在i-t或u-t圖中，正負表示方向，在讀圖時不僅要注意圖像中的坐標原點是否為0，還要觀察i(u)的值有無正負變化。［跟進訓練］.下列四個圖像中不屬于交流電的是(［A、B、C中i的方向均做周期性變化,故它們屬于交流電，［A、B、C中i的方向均做周期性變化,故它們屬于交流電，D中i的大小變化逮點2/交變電流的周期和頻率岳情境引入■助學嬲覷打點計時器接到干電池上怎樣調(diào)整也不打點，而接到學生電源的低壓交流擋上就順利打點，每隔0.02s打一個點。打點計時器為什么打點時間間隔為0.02s？其時間間隔由什么決定？提示：電磁式打點計時器的打點頻率與工作電流頻率相同，我國生產(chǎn)、生活用電的1頻率為50Hz，所以打點計時器的打點時間間隔T=f=0.02s;時間間隔由電源的頻率決定。~~1?對交變電流的周期和頻率的理解周期和頻率是描述交變電流的物理量，跟任何周期性過程一樣，交流電也要用周期或頻率來表示變化的快慢。在實驗中，線圈勻速轉(zhuǎn)動一周，電動勢、電流都按正弦規(guī)律變化一次。(1)線圈轉(zhuǎn)動一周，交流電恰好完成一次周期性變化。(2)從線圈轉(zhuǎn)動來說，周期就是線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一周所用的時間；頻率就是1s內(nèi)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。周期、頻率、角速度、轉(zhuǎn)速間的關(guān)系2n(1)角速度切與T、f的關(guān)系：奧=亍=2礦1（2）我國使用的交變電流：T=0.02s,/=了=50Hz,?=100nrad/s,電流方向每秒改變100次。（3）角速度^（單位rad/s）＞W(wǎng)?m（單位r/s）都是描述交變電流變化快慢的物理量。n2n越大，角速度越大，交變電流變化越快，T、f、奶n之間的關(guān)系是：7=矛m=2nf=2nn。【例2】關(guān)于交變電流的周期和頻率，下列說法中正確的是（）正弦式交變電流最大值連續(xù)出現(xiàn)兩次的時間間隔等于周期1s內(nèi)交變電流出現(xiàn)最大值的次數(shù)等于頻率交變電流方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍50Hz的交變電流，其周期等于0.05sC［根據(jù)周期的定義知選項A、B錯誤；因為在一個周期的時間內(nèi)，交變電流會出現(xiàn)正向和負向最大值各一次，但相鄰兩個峰值的時間間隔為半個周期；交變電流在一個周期內(nèi)方向改變兩次，即方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍，故選項C正確；由T11=f=50s=0.02s,知選項D錯誤。］［跟進訓練］2?（多選）如圖所示，下列對圖像的描述正確的是（）5100-\i~i口3：:一5~~:軟而該電壓是直流電壓該電壓是交流電壓該電壓的周期是0?2s該電壓的頻率是￥Hz3BD［從圖像可以看出每經(jīng)過0?3s開始重復(fù)上一個過程，所以0?3s是一個周期，10頻率是三Hz，在一個周期內(nèi)，前0?1s電壓為正值，后0?2s電壓為負值，表示前后電3流方向相反，所以是交變電流，B、D對，A、C錯。］好點,3交流電有效值與最大值的理解與計算槌r悄境別入■助學助教如圖甲、圖乙中電爐燒水，設(shè)其他條件都相同，水的質(zhì)量相等，水的初溫相同。若恒定電流用10分鐘把水燒開，而交變電流也用10分鐘把水燒開。兩種情況的通電時間、電阻熱量相同嗎？交流電電流的有效值是多少？提示：熱量相同。有效值是3A。1?計算有效值的兩種方法:若按正(余)弦規(guī)律變化的交變電流，可利用交變電流的有效值與峰值的關(guān)系求EUI解，即E=E，U=U,1=君對于非正弦式交變電流，必須根據(jù)有效值的定義進行計算。第一步：計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q；U2第二步：將熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示Q=I2RT或Q=Rt；第三步：代入數(shù)值，求解有效值。幾種常見電流有效值的計算電流名稱電流圖線有效值正弦式交變1fli/\mtI=Im電流正弦半波電流弋…八，mt1I=Im12正弦單向脈動電流:wvr/ar1—A

矩形脈動電流01ip1i■1i■一772T7r—Im.非對稱性交變電流/|0iiiiiiiiiiiii■_m；r；；t.■]1■1=32（i2+i2）總熱量。-0/，等效五一*Q-fRT迎流【例3】如圖所示為一交變電流的圖像，則該交變電流的有效值為總熱量。-0/，等效五一*Q-fRT迎流B［令該交變電流通過一電阻起，它在前半周期2內(nèi)通過該電阻產(chǎn)生的熱量Q1=(29r?2=*rt,它在后半周期2內(nèi)產(chǎn)生的熱量q2=irt=啰，故在一個周期內(nèi)產(chǎn)生3的熱量Q交=Q1+Q2=4IRT,設(shè)某一恒定電流I在相同的時間T內(nèi)通過該電阻產(chǎn)生的熱量為I2RT,由有效值的定義知：4i(RT=I2RT,得I=23IO，故B正確。］廠■*?-**?*?規(guī)|^^法、求解有效值的一般方法與技巧首先要分析交變電流的變化規(guī)律，正弦式交變電流的最大值和有效值的關(guān)系是I=0,u=Um，非正弦式交變電流一般不符合此關(guān)系。對于非正弦式交變電流，可在一個周期內(nèi)分段求出產(chǎn)生的熱量，再求熱量的總和Q。將總熱量Q用相應(yīng)的物理量I或U來表示(如。=1泌或。=劇，則I或U為該交變電流相應(yīng)的有效值。方波式交變電流的正、負半周期最大值不相等時，要分段計算電熱，一般取一個周期或周期的整數(shù)倍的時間計算電熱。［跟進訓練］3.如圖表示一交變電流隨時間變化的圖像，則此交變電流的有效值是多少?TOC\o"1-5"\h\z4J2-—;:——;；—IIIIIIRill>iIiR4■I0n.(］i(}jp3也叫詫InII-S■——'［解析］交變電流的周期T=0.02s,在前半周期，電流為11=4/2A;后半周期電T流&=3寸2A。根據(jù)焦耳定律，在一個周期內(nèi)交變電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量Q=I2R2+卵§=I2RT,所以交變電流的有效值I=\:四羿=5A。［答案］5A~~澎謀堂小培'我的畋獲1.物理觀念：直流電流、交變電流、周期、頻率、最大值、有效值的概念。.科學思維：最大值及有效值的計算。課堂扣詛奔實當堂達標?固奴基雙■基盲點掃除1.(多選)下列說法正確的是()使用交流電的用電器銘牌上所標示的額定電壓、額定電流的數(shù)值均為最大值用交流電流表和電壓表測得的數(shù)值是有效值C?照明電路電壓220V指的是有效值D.所有交變電流的有效值和最大值之間均存在￡=%、〃=號和1=|2的關(guān)系BC［各種使用交流電的用電器銘牌上所標示的數(shù)值均為有效值，故A項錯誤；交流電表測得的數(shù)值為有效值，故B項正確；照明電路電壓220V指的是有效值，故C項正確；￡=器U=%I=I|是正弦式交變電流有效值和最大值的關(guān)系，故D項錯誤。故正確答案為BC。］.對交變電流的下列說法正確的是（）A?正（余）弦交變電流在一個周期內(nèi)電流的方向改變兩次B.交變電流的最大值總是有效值的%；2倍C?若正弦交變電流的最大值為10A,則它的最小值為一10AD?演示交變電流隨時間的變化規(guī)律時，應(yīng)選用交流電流表A［一個周期內(nèi)正弦交變電流方向改變兩次，A正確；只有正弦交變電流，才有Im=\j刃關(guān)系，B錯誤；交變電流的正負表示方向，最小值為零，C錯誤；交流電流表的指針不隨交變電流的周期變化而變化，D錯誤。］.如圖所示，圖甲、乙分別表示兩種電壓的波形，下列說法正確的是（）3￡x10-：6）_3,&x1（T26）甲乙圖甲表示交流電，圖乙表示直流電兩種電壓最大值都是311V兩種電壓的有效值相同兩種電壓都是交流電壓，但周期、頻率、有效值都不同B［兩種都是交流電，周期都是2X10-2s,最大值都是311V,圖甲的有效值為220V,圖乙中由于對應(yīng)相同時刻，圖甲電壓比圖乙電壓大，根據(jù)有效值的定義可知，圖甲有效值要比圖乙有效值大，A、C、D錯，B對。］.一個電熱器接在10V的直流電壓上，消耗的功率是尸，當把它接到一個正弦式P一一一…一交變電壓上時，消耗的功率是4,則該交變電壓的最大值是（）A.5VB.7.1VC.10VD.12V