交變電流的描述 高二物理課件

第三章

交變電流交變電流實驗探究01交變電流和直流電的區(qū)別02交流電的變化規(guī)律03理解能力：1.知道交變電流的周期、頻率的概念，掌握T、f、ω之間的

關(guān)系.2.理解交變電流的峰值、有效值的概念.

3.理解正弦式交變電流的公式和圖像.應用能力：會根據(jù)電流的熱效應計算電流的有效值.交變電流掌握描述交流電的物理量01KEQIANRESHEN>>課前熱身

夯實基礎(chǔ)

一、周期和頻率1.周期(T)：交變電流完成一次_______變化所需的時間.2.頻率(f)：交變電流完成周期性變化的次數(shù)與所用時間之比叫作它的頻率，數(shù)值等于交變電流在單位時間內(nèi)完成周期性變化的_____.3.周期和頻率的關(guān)系：T＝____或f＝____.4.角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω＝

＝_____.周期性次數(shù)2πf二、峰值和有效值1.峰值：交變電流的電壓、電流能達到的最大數(shù)值叫峰值.電容器所能承受的電壓要_____交流電壓的峰值，否則電容器就可能被擊穿.2.有效值：讓交變電流與恒定電流分別通過_________的電阻，如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的_____相等，則此恒定電流的電流與電壓叫作交變電流的有效值.3.正弦式交變電流最大值與有效值之間的關(guān)系E＝____＝______Em，U＝____＝_____Um，I＝____＝_____Im高于大小相同熱量0.7070.7070.707三、正弦式交變電流的公式和圖像1.正弦式交變電流的公式和圖像可以詳細描述交變電流的情況.若線圈通過中性面時開始計時，交變電流的圖像是_____曲線.2.若已知電壓、電流最大值分別是Um、Im，周期為T，則正弦式交變電流電壓、電流表達式分別為u＝__________，i＝_________.正弦3.正弦式交變電壓的圖像如圖1所示圖1HEXINJIEYI>>核心解疑

夯實基礎(chǔ)

02一、周期和頻率如圖3所示的交變電流完成一次周期性變化需要多長時間？在1s內(nèi)完成多少次周期性變化？圖3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.1.周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時間.在交變電流的圖像中，一個完整的正弦波形對應的時間為一個周期T.2.頻率：交變電流完成周期性變化的次數(shù)與所用時間之比，其數(shù)值等于單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).3.周期和頻率的關(guān)系：f＝

，如圖4為我國照明電路的u－t圖像，則交流電的周期T＝0.02s，頻率f＝50Hz.圖4說明交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機轉(zhuǎn)子的角速度ω或轉(zhuǎn)速n有關(guān).ω(n)越大，周期越短，頻率越高，其關(guān)系為ω＝

＝2πf＝2πn.二、峰值和有效值1.如圖6是通過一個R＝1Ω的電阻的電流i隨時間t變化的圖像.圖6(1)試計算1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量.答案Q＝I12Rt1＋I22Rt2＝42×1×0.5J＋22×1×0.5J＝10J.交變電流(2)如果有一個大小、方向都不變的恒定電流通過這個電阻R，也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱量，這個電流是多大？2.某交流電壓的瞬時值表達式u＝

，把標有“6V

2W”的小燈泡接在此電源上會不會被燒壞？把標有6V的電容器接在此電源上會不會被擊穿？答案小燈泡不會被燒壞.交流電壓的瞬時值表達式u＝

中

是最大值，其有效值為6V，而標有“6V

2W”的小燈泡中的6V是有效值，所以小燈泡不會被燒壞.電容器所能承受的電壓的最大值為6V，小于交流電壓的最大值，電容器會被擊穿.1.峰值：(1)交變電流的電壓、電流能達到的最大數(shù)值叫峰值，若將交流電接入純電阻電路中，則電路中的電流及外電阻兩端的電壓的最大值分別為Im＝

，Um＝ImR.(2)電容器耐壓值要高于交流電壓的峰值才不會被擊穿.交變電流2.有效值：確定交變電流有效值的依據(jù)是電流的熱效應.讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則此恒定電流的電流和電壓叫作交變電流的有效值.(1)在正弦式交變電流中，最大值與有效值之間的關(guān)系為：(2)當電流是非正弦式交變電流時，必須根據(jù)有效值的定義求解.先計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q，再將熱量Q用相應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.說明(1)只適用于正(余)弦式交變電流，對于按其他規(guī)律變化的交變電流，上述關(guān)系式一般不再適用.(2)對于非正弦式交變電流有效值的計算，時間一般選取一個周期.(3)凡涉及能量、電功以及電功率等物理量時均用有效值，在確定保險絲的熔斷電流時也用有效值.DIANLIJIEXI>>典例解析

足本溯源

03例1、一手搖交流發(fā)電機線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動.轉(zhuǎn)軸位于線圈平面內(nèi)并與磁場方向垂直，產(chǎn)生的交變電流i隨時間t的變化關(guān)系如圖5所示，則A.該交變電流的頻率是0.4HzB.該交變電流的最大值是0.8AC.t＝0.1s時，穿過線圈平面的磁通量最大D.該交變電流的瞬時值表達式是i＝圖5√該交變電流的最大值是0.8A，B正確；t＝0.1s時，感應電流最大，則此時穿過線圈平面的磁通量最小，選項C錯誤；因ω＝2πf＝5πrad/s，該交變電流的瞬時值表達式是i＝0.8sin5πt(A)，D錯誤.例2、一只電阻分別通過四種不同形式的電流，電流隨時間變化的情況如下列各選項所示，在相同時間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是√解析A、B選項中電流均為正弦式交變電流，最大值均為2A，有效值均為

，C選項中電流的有效值為1.5A，D選項中電流的有效值為2A，D選項中電流的有效值最大，在R、t相同時，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，D選項中電阻產(chǎn)生的熱量最大，故D正確，A、B、C錯誤.例3、如圖7所示為一交流電壓隨時間變化的圖像，每個周期內(nèi)，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定.根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得，此交流電壓的有效值為√圖7例4、某一電子設備所加正弦式交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖8所示，則圖8A.交流電的頻率為50HzB.交流電壓的有效值為C.交流電壓瞬時值表達式為u＝100cos25t(V)D.此交流電壓不可以直接加在耐壓值為80V的電容器兩端√由題圖可知交流電的最大值為100V，電容器的耐壓值要高于交流電壓的最大值，才不會被擊穿，故此交流電壓不可以直接加在耐壓值為80V的電容器兩端，故D正確.返回ZOUJINGAOKAO>>走近高考

身臨其境

04（2018年全國卷）如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a，b所示，則(

)A．兩次t＝0時刻線圈平面均與中性面重合B．曲線a，b對應的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3C．曲線a表示的交變電動勢頻率為25HzD．曲線b表示的交變電動勢有效值為10V【答案】AC【解析】t＝0時刻，兩次產(chǎn)生的交流電的電動勢瞬時值均為零，因此線圈平面均與中性面重合，A項正確；圖中a、b對應的周期之比為2∶3，因此線圈轉(zhuǎn)速之比na∶nb＝

＝3∶2，B項錯誤；a線表示的交流電動勢的頻率為fa＝

＝25Hz，C項正確；a線對應線圈相應的電動勢的最大值Eam＝NBS·

，由圖象知Eam＝15V，b線對應線圈相應的電動勢的最大值Ebm＝NBS·

，因此

，Ebm＝10V，有效值Eb＝

V＝5

V，D項錯誤．SUITANGYANLIAN>>隨堂演練

精準提升

051.(周期和頻率)關(guān)于交變電流的周期和頻率，下列說法中正確的是A.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一個周期B.1s內(nèi)正弦式交變電流出現(xiàn)最大值的次數(shù)等于頻率C.正弦式交變電流方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍D.50Hz的交變電流，其周期等于0.05s√解析在一個周期內(nèi)，正弦式交變電流會出現(xiàn)正向和負向的最大值各一次，相鄰兩個峰值之間的時間間隔為半個周期，1s內(nèi)出現(xiàn)最大值的次數(shù)是交變電流頻率的2倍，選項A、B錯誤；正弦式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，選項C正確；2.(峰值和有效值)3A的直流通過電阻R時，t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q.現(xiàn)讓一正弦式交變電流(周期大于t)通過電阻R，若2t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，則該交變電流的有效值I和最大值Im分別為√解析根據(jù)3A的直流通過電阻R時，t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，可知Q＝I12Rt＝(3A)2·Rt ①當讓一正弦式交變電流通過電阻R時，2t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，則有Q＝I2R·2t ②3.(有效值的計算)如圖9所示，圖甲和圖乙分別表示正弦脈沖波和方波的交變電流與時間的變化關(guān)系，若使這兩種電流分別通過兩個完全相同的電阻，則經(jīng)過1min的時間，兩電阻消耗的電功之比W甲∶W乙為圖9A.1∶ B.1∶2C.1∶3 D.1∶6√故C正確，A、B、D錯誤.解析題圖甲中，在一個周期內(nèi)，根據(jù)電流的熱效應有題圖乙中，在一個周期內(nèi)，根據(jù)電流的熱效應有代入數(shù)據(jù)解得電流的有效值I′＝I1＝1A4.(交變電流的圖像)矩形線框在勻強磁場內(nèi)繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動過程中，線框輸出的交流電壓隨時間變化的圖像如圖10所示，下列說法中正確的是圖10A.交流電壓的有效值為36VB.交流電壓的周期為0.25sC.交流電壓的瞬時值表達式為u＝36sin4t(V)D.1s末線框平面垂直于磁場，通過線框的磁通量最大√由題圖得，1s末交流電壓達到最大值，此時線框平面平行于磁場方向，通過線框的磁通量最小，為零，D錯誤.由題圖得正弦交流電壓的周期為T＝4s，B錯誤；返回5.有兩個完全相同的定值電阻，其中一個通有如圖9所示的交變電流(圖中曲線為余弦曲線的一部分)，另一個通有大小為

的恒定電流，實驗發(fā)現(xiàn)，在2s時間內(nèi)這兩個電阻產(chǎn)生的熱量相等，則圖中a的數(shù)值為圖9√6.圖10甲為一小型發(fā)電機的示意圖，發(fā)電機線圈內(nèi)阻為1Ω，燈泡L的電阻為9Ω，電壓表為理想交流電壓表.發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢e隨時間t按圖乙的正弦規(guī)律變化，則圖10A.t＝0.01s時，穿過線圈的磁通量為零B.