高中物理 第二節(jié) 交變電流的描述課件 粵教版選修32

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1、2 描述交流電的物理量 mm2u=U sint=U sin2ftT我們用過的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種用交流電源供我們用過的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種用交流電源供電的打點(diǎn)計(jì)時(shí)儀器，那么打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為什么電的打點(diǎn)計(jì)時(shí)儀器，那么打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為什么每隔每隔0.020.02秒打一個(gè)點(diǎn)從而可以計(jì)時(shí)呢？秒打一個(gè)點(diǎn)從而可以計(jì)時(shí)呢？1 1知道交變電流的周期和頻率以及我國(guó)供電線路交變知道交變電流的周期和頻率以及我國(guó)供電線路交變電流的周期和頻率，了解它們與轉(zhuǎn)子角速度電流的周期和頻率，了解它們與轉(zhuǎn)子角速度的關(guān)系的關(guān)系. .2 2知道交變電流和電壓的最大值、瞬時(shí)值、有效值等知道交變電流和電壓的最大值、瞬時(shí)值、有效值等及其關(guān)系及其關(guān)系. .3

2、 3會(huì)用等效的方法計(jì)算交變電流的有效值，在自主學(xué)會(huì)用等效的方法計(jì)算交變電流的有效值，在自主學(xué)習(xí)過程中體會(huì)研究物理問題的一個(gè)重要思想習(xí)過程中體會(huì)研究物理問題的一個(gè)重要思想“等等效效”思想的應(yīng)用思想的應(yīng)用. .（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）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)間做周期性變化的電流；簡(jiǎn)稱大小和方向隨時(shí)間做周期性變化的電流；簡(jiǎn)稱交流交流. . 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. . 用示波器顯示用示波器顯示的電壓隨時(shí)間的電壓隨時(shí)間的變化情況的變化情況線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸

3、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生正弦交流電正弦交流電. . 跟磁場(chǎng)方向垂直的平面叫做跟磁場(chǎng)方向垂直的平面叫做中性面中性面. .這一位置穿過這一位置穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為零，線圈中線圈的磁通量最大，磁通量變化率為零，線圈中無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). .1.1.產(chǎn)生產(chǎn)生: :2.2.中性面：中性面：( (二二) )正弦交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律正弦交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律 eoEmT/4T/4 2T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdKLABabcdkLABabcdK LABabcdkLABabcdkLAB- -E Em met0Em-Emit0Im-

4、Im3.3.規(guī)律：規(guī)律： 瞬時(shí)值表達(dá)式：從中性面開始計(jì)時(shí)瞬時(shí)值表達(dá)式：從中性面開始計(jì)時(shí)miI sin t電壓電壓: :mu=U sint電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì): :mE =NBS電流電流: :(1)(1)用公式描述用公式描述: :me=E sint一、周期和頻率一、周期和頻率1.1.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. .角頻率：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度角頻率：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 2.2.頻率：交變電流在一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)頻率：交變電流在一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù). .物理意義：表示交流電變化的快慢物理意義：表示交流電變化的快慢3.3.關(guān)系

5、：關(guān)系：1f =T2 = 2 fT一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次. .正弦交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式還可以寫成：正弦交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式還可以寫成：mm2i=I sint=I sin2ftTmm2u=Usint=Usin2ftT我國(guó)使用的交流電的頻率為我國(guó)使用的交流電的頻率為50Hz50Hz，試寫出（利用，試寫出（利用I Im m 、U Um m）該正弦交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式：）該正弦交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式：mi=I sin100tmu=U sin100t電流：電流：電壓：電壓：二、峰值和有效值二、峰值和有效值1.1.峰值：正弦交流電表達(dá)式中的峰值：正弦交流電表達(dá)式中的I Im m

6、 、U Um m分別稱為分別稱為電流電流峰值峰值和電壓峰值，即所能達(dá)到的最大值和電壓峰值，即所能達(dá)到的最大值. .i/mAi/mA0.50.5t/st/s-0.5-0.50.020.020.010.010 0例如：該交流電的電流峰值為例如：該交流電的電流峰值為0.5mA0.5mAmE =NBS 電容電容 耐壓值（最大值耐壓值（最大值) )2.2.電容器的耐壓值電容器的耐壓值220220V V ? ?380V 380V ？220V220V、380V380V電壓交流電表的示數(shù)，電器銘牌上的電壓交流電表的示數(shù)，電器銘牌上的標(biāo)稱值等指的都是峰值嗎？標(biāo)稱值等指的都是峰值嗎？不是，而是有效值不是，而是有效

7、值. .什么是有效值呢？什么是有效值呢？3.3.有效值有效值如果交流電與某一直流電通過相同的電阻，在相同如果交流電與某一直流電通過相同的電阻，在相同的時(shí)間內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)直流電的電的時(shí)間內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)直流電的電壓和電流的數(shù)值分別叫做這個(gè)交流電的電壓和電流壓和電流的數(shù)值分別叫做這個(gè)交流電的電壓和電流的的有效值有效值. .交流電的有效值是根據(jù)交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)來來規(guī)定的規(guī)定的. .4.4.正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系：正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系：mEE =2mII=2E E、U U、I I說明：說明：（1 1）以上關(guān)系式只適用于

8、）以上關(guān)系式只適用于正弦交流電正弦交流電或或余弦余弦交交流電流電；（2 2）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指的是有效值；效值；（3 3）交流電流表和交流電壓表交流電流表和交流電壓表的示數(shù)指的是有效值；的示數(shù)指的是有效值；（4 4）對(duì)于交流電若沒有特殊說明的均指有效值）對(duì)于交流電若沒有特殊說明的均指有效值. .平均值平均值: :E=Nt2.2.求通過某導(dǎo)體截面的求通過某導(dǎo)體截面的電荷量電荷量時(shí)一定要用平均值時(shí)一定要用平均值. .注意：峰值（最大值）、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別注意：峰值（最大值）、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別. . 1.1.在求交流電的在

9、求交流電的功、功率或電熱功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值時(shí)必須用交流電的有效值. . 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)間的關(guān)系某交流發(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，如果其他條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加如圖所示，如果其他條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)楸?，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)? )( )A A400 V, 0.02 s 400 V, 0.02 s B B200 V, 0.02 s200 V, 0.02 sC C400 V, 0.08 s 400 V, 0.08 s D D200 V, 0.08 s200 V, 0.08 sB

10、 B例例2.2.如圖所示為某正弦交變電流的圖像，求其峰值、如圖所示為某正弦交變電流的圖像，求其峰值、周期和角速度，并寫出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式周期和角速度，并寫出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式. .得得I Im m20 A20 A100rad/s.100rad/s.電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i i20sin100t(A)20sin100t(A)解析解析: :由圖像知由圖像知T T0.02s0.02s根據(jù)根據(jù)=2/T=2/TI Im msintsint=14.14 A=14.14 A4 23 22221211I RT=I RT+I RT2222121I=(I+I)2221=(42) +(32)

11、A=5A2解析：解析：根據(jù)電流的熱效根據(jù)電流的熱效應(yīng)，在一個(gè)周期應(yīng)，在一個(gè)周期T T內(nèi)內(nèi)例例3.3.如圖為一交流電的如圖為一交流電的i-ti-t變化的圖像變化的圖像, ,求該電流求該電流的有效值的有效值. .例例4.4.（20122012廣東高考）某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變廣東高考）某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電電動(dòng)勢(shì)為動(dòng)勢(shì)為 ，對(duì)此電動(dòng)勢(shì)，下列表，對(duì)此電動(dòng)勢(shì)，下列表述正確的有（述正確的有（ ）A.A. 最大值是最大值是 V V B.B.頻率是頻率是100Hz100HzC.C.有效值是有效值是 V V D.D.周期是周期是0.02s0.02s50 225 2)(100sin50VteCDCD解析：解析：

12、選選C C、D.D.交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為交變電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為 ，故交變電動(dòng)勢(shì)的最大值，故交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為為50V50V，有效值為，有效值為 V V，故，故A A錯(cuò)錯(cuò)C C對(duì)對(duì). .由由 得頻率是得頻率是f=50Hzf=50Hz，周期，周期 ，故，故B B錯(cuò)錯(cuò)D D對(duì)對(duì). .sinsin50sin100eEmtNBStt2252mEE1002fsfT02. 011.1.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. .2.2.頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù). .1f=T2 = 2 fT周期與頻率的關(guān)系周期與

13、頻率的關(guān)系3.3.最大值（峰值）：最大值（峰值）： E Em m U Um m m m E Em m=NBS=NBS 根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定，讓交流電和根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定，讓交流電和直直流電通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間流電通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫做這內(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一交流電的有效值. .4.4.瞬時(shí)值：瞬時(shí)值： u i u i 5.5.有效值：有效值： （1 1）定義：）定義：（2 2）正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：）正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：mEE=2mm2u=U

14、sint=U sin2ftTmm2iIsintIsin 2 ftT注意：注意：A.A.對(duì)于交流電，若沒有特殊說明的均指有效值對(duì)于交流電，若沒有特殊說明的均指有效值. .C.C.求通過某導(dǎo)體截面的電荷量時(shí)一定要用平均值求通過某導(dǎo)體截面的電荷量時(shí)一定要用平均值. .B.B.在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值有效值. . 1.1.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頻率是_Hz._Hz.若將該電壓加在若將該電壓加在10uF10uF的電容器上，則電容的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)

15、小于器的耐壓值不應(yīng)小于_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的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，該電路外事故的發(fā)生，該電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于能低于 A.A.0.250.252002002102 2200200200200u u/v/vt/st/s0 02.2.下列數(shù)據(jù)中不屬于交變電流有效值的是下列數(shù)據(jù)中不屬于交變電流有效值的是( ( ) )A.A.交流電表的示數(shù)交流電表的示數(shù) B.B.燈泡的額定電壓燈泡的額定電壓C.C.電容器的耐壓值電容器的耐壓值 D.D.保險(xiǎn)絲的額定電

16、流保險(xiǎn)絲的額定電流C C3.3.關(guān)于有效值，下列說法正確的是（關(guān)于有效值，下列說法正確的是（ ）A.A.通常說的動(dòng)力供電線路電壓為通常說的動(dòng)力供電線路電壓為380V,380V,指的是最大值指的是最大值B.B.通常說的照明電路電壓為通常說的照明電路電壓為220V,220V,指的是平均值指的是平均值C.C.交流電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電流和額定電壓的數(shù)交流電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電流和額定電壓的數(shù)值是指瞬時(shí)值值是指瞬時(shí)值D.D.一般交流電表在測(cè)量中顯示的數(shù)值是有效值一般交流電表在測(cè)量中顯示的數(shù)值是有效值D D4.4.一電阻接一直流電一電阻接一直流電, ,通過通過4A4A的電流時(shí)熱功率為的電流時(shí)熱功率為P,

17、P,若若換接一正弦交流電換接一正弦交流電, ,它的熱功率變?yōu)樗臒峁β首優(yōu)?, ,則該交變則該交變電流的最大值為（電流的最大值為（ ）A.4 A B.6 A A.4 A B.6 A C.2 A D.3 AC.2 A D.3 AA AP25.5.在阻值為在阻值為R R1 1和和R R2 2的兩個(gè)電阻的兩端，分別加上的兩個(gè)電阻的兩端，分別加上50V50V的直流的直流電壓和某一交流電壓，則下面關(guān)于交流電壓有效值的說法電壓和某一交流電壓，則下面關(guān)于交流電壓有效值的說法正確的是（正確的是（ ）A.A.若兩電阻在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓的有若兩電阻在相等時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓的有效值

18、為效值為50V50VB.B.若若R R1 1=R=R2 2，且兩電阻熱功率相等，則交流電壓的有效值為，且兩電阻熱功率相等，則交流電壓的有效值為50V50VC.C.若若R R1 1=R=R2 2，且兩電阻產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓的有效，且兩電阻產(chǎn)生的熱量相等，則交流電壓的有效值為值為50V50VD.D.不論不論R R1 1是否等于是否等于R R2 2，只要兩電阻的熱功率相等，則交流電，只要兩電阻的熱功率相等，則交流電壓的有效值為壓的有效值為50V50VB B6 6交流發(fā)電機(jī)矩形線圈邊長(zhǎng)交流發(fā)電機(jī)矩形線圈邊長(zhǎng)ababcdcd0.4m0.4m，bcbcadad0.2m0.2m，共，共5050匝，匝

19、，線圈電阻線圈電阻r r11，線圈在，線圈在B B0.2T0.2T的的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直磁場(chǎng)方向的軸勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直磁場(chǎng)方向的軸OOOO以以 轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外接轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外接電阻電阻R R為為99，如圖所示，求：，如圖所示，求：(1)(1)電壓表的示數(shù)；電壓表的示數(shù)；(2)(2)電阻電阻R R上電功率；上電功率；(3)(3)從圖示位置起，線圈轉(zhuǎn)過從圖示位置起，線圈轉(zhuǎn)過/3/3的過程中，流過的過程中，流過R R的電荷量的電荷量. . /100r s【解析【解析】(1)(1)線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值E Em mNBSNBS50500.20.20.40.40

20、.20.2(100/)(100/)2V2V160V160V電流的有效值電流的有效值I I A A電壓表示數(shù)電壓表示數(shù)U UIRIR V 101.8VV 101.8V(2)(2)電阻電阻R R的功率的功率P PUIUI W W1152W1152W8 2(3)(3)從計(jì)時(shí)開始到線圈轉(zhuǎn)過從計(jì)時(shí)開始到線圈轉(zhuǎn)過/3/3過程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 由由 得得 平均電流：平均電流：通過外電阻的電荷量：通過外電阻的電荷量：q=iq=i. .tt=0.04 C =0.04 C E = n t72 272 28 2122()NBL LiRrt12NBL LE2 t 7.(2013 7.(2013

21、福建高考福建高考) )如圖如圖, ,實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī), ,內(nèi)阻內(nèi)阻r=1.0,r=1.0,外接外接R=9.0R=9.0的電阻。閉合開關(guān)的電阻。閉合開關(guān)S,S,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e=10 sin10t(V),e=10 sin10t(V),則則 ( () )A.A.該交變電流的頻率為該交變電流的頻率為10 Hz10 HzB.B.該電動(dòng)勢(shì)的有效值為該電動(dòng)勢(shì)的有效值為10 V10 VC.C.外接電阻外接電阻R R所消耗的電功率為所消耗的電功率為10W10WD.D.電路中理想交流電流表電路中理想交流電流表 的示數(shù)為的示數(shù)為1.0A1.0A【解析【解析】選選D D。據(jù)。據(jù)=2=2ff知該交流電的頻率為知該交流電的頻率為5Hz,A5Hz,A錯(cuò)錯(cuò); ;該交該交流電電動(dòng)勢(shì)的最大值為流電電動(dòng)勢(shì)的最大值為10 V,10 V,有效值有效值E=10V,BE=10V,B錯(cuò)錯(cuò);I= ;I= =1.0A,P=I=1.0A,P=I2 2R=9W,CR=9W,C錯(cuò)錯(cuò),D,D對(duì)。對(duì)。ERr222祖國(guó)更重于生命，是我們的母親，我們的土地. 聶魯