描述交流电的物理量.ppt

第二节描述交流电的物理量北川中学唐高平2013.3.2,复习回顾,(一)交变电流：,大小和方向随时间作周期性变化的电流;简称。,其中按变化的交流电叫正弦交流电。,（二）正弦交流电的产生及变化规律,当线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的交流电是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。,跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量，但线圈的磁通量变化率为，线圈中。,1、产生：,2、中性面：,3、规律：,函数表达式：从开始计时,电压:,电动势:,复习回顾,在纯电阻电路中:,电流:,由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间做周期性变化，因此在交流电路中使用电压和电流不能全面地反映其电路的特性，对交变电流就需要多一些的物理量来描述其不同方面的特性,设想,1、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是s。2、频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数，用f表示，单位是Hz。3、关系：T=1/f或f=1/T,一周期和频率,交变电流随时间作周期性变化。周期和频率就是表征其变化快慢的物理量。,我国工农业及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次,闭合线圈在匀强磁场中匀速转动时,因此正弦交流电的另外一种表达式为,电力系统提供的正弦交流电的频率称为工频。,二峰值有效值,1峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，用符号Um和Im表示。（1）峰值是表示交流电大小的物理量它在实际中有重要意义，电容器、二极管等元件上的标称电压值是电容器、二极管两极间所允许电压的最大值。,（2）最大值可以表示交变电流的强弱或电压的高低，但不适于用来表示交流产生的效果。（3）线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势的最大值：Em=NBS,观察思考,使用学生电源的交流低压档，接入滑动变阻器和一个小灯泡。闭合开关，调节滑动变阻器，小灯泡发光。用示波器观察电压波形并测出电压的峰值Um。,再用相同规格的另一个小灯泡，接入直流电源，连接成如图所示的电路，闭合开关s，调节滑动变阻器的滑动片P，观察小灯泡亮度的变化，直到小灯泡的亮度与接到交流电源的小灯泡的亮度相同为止，在用直流电压表测出小灯泡两端的直流电压值U。,重复上述实验，用变阻器改变小灯泡两端的电压，每次都使两小灯泡亮度相同，得出每次测出的Um和U的比值，填入下表：,正弦交流电有效值与峰值的关系是：,注意：只适用于正弦式电流；对于不同的交流电，有效值与峰值之间有不同的关系。,2有效值,（1）概念的引入：为了反映交变电流所产生的效果，引入有效值的概念。（2）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值。用符号U和I表示。（3）特点：交变电流的有效植根据电流的热效应来规定，与电流的方向无关，但一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的。,（）交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表和交流电流表的示数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值。（）有效值与平均值不同交变电流的平均值是交变电流图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，与交流的方向，时间长短有关。在计算交变电流通过导体产生的焦耳热，做功的电功率以及保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值；在计算通过导体某一截面的电量时，只能用交变电流的平均值。,例题：,1、将一个小电容器接入220V正弦交流电路中，它的耐压值必须大于多少？,解：正弦交流电的电压是220V，即有效值U=220V，相应的峰值Um=2U311V,所以电容器的耐压值必须大于311V。,2、如图所示为一电压随时间变化的u-t图像，该电压的有效值为多大？,解：该交流电的周期为T=0.2s，把一直流电压U加在阻值为R的电阻上，通电时间也为T。,通以交流时：,通以直流时：,【例1】某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为-（）,A400V，0.02sB200V,0.02sC400V,0.08sD200V,0.08s,解析：从图中看出，该交流电的最大值和周期分别是：Em100V，T0.04s，而最大值EmNBS，周期T2；当线圈转速加倍时，2，故Em2Em200V，TT20.02s.故选B。,【练习1】如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。,解析：从图中可看出交变电流的周期T0.02s，在t0.0025sT8时，电流为14.14A，而tT8时线圈从中性面转过的角度为45。,由电流表达式iImsint得：14.14Imsin45,Im14.14sin4520A,而2T314rad/s.,故此电流的瞬时表达式为i20sin314t(A),【例2】如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？,解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的有效值为I，根据交流有效值的定义，有：,所以：,练习2如图所示为一交流电的电压随时间变化的图像，求此交流电的电压的有效值。,例3、如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。,解析：,【例4】图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。,解析：,（1）图甲为正弦交流电，其有效值I1Im3.55A，周期T10.4s，频率f12.5Hz；图乙为方波交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值为5A，周期T20.4s，频率f22.5Hz。,（2）由公式PI2R得：P甲:P乙I12R:I22R（I1I2）21:2,练习3一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是P，当接到电压为u=10sintV的交流电源上，它的发热功率-（）A0.25PB0.5PCPD2P,B,作业,1、课本P38练习与评价52、优化P27随堂练习4、5注意周一前完成活页1、2,第二课时,例题评析作业处理巩固训练,【例4】如图所示，线圈的面积是0.05，共有100匝；线圈电阻为1，外接电阻R9，匀强磁场的磁感应强度为B1T，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：,(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时表达式；,解析：,(2)线圈转过130s时电动势的瞬时值多大；,当t130s时，电动势的瞬时值,(3)电路中电压表和电流表示数各是多少。,电动势的有效值为,电流表的示数,电压表的示数,（4）线圈每转过一周，外力所做的功。,线圈转动一周外力做的功等于电路中产生的电能,T2,【例5】如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90的过程中，求：,(1)通过电阻R的电量q；,解析：,在此过程中，穿过线圈磁通量变化,所用时间,产生的平均电动势为,平均电流为,通过R的电量,（2）电阻R上产生的焦耳热Q,在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的14，,练习4边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：,(1)线圈从图示位置转过T4的过程中产生的热量Q,解析：,(2)线圈从图示位置转过T4的过程中通过线圈某截面的电量q,解析：,更多资源,练习题：,1、下列说法正确的是：A交变电流在一个周期内电流方向改变两次B交变电流的有效值总是最大值的倍C因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同D若正弦交变电流的最大值是10A，则它的最小值是-10A,解析：,所以，正确选项为A,线圈平面每经过中性面一次，电流方向改变一次，在一个周期内线圈平面有两次经过中性面，对于正弦式交变电流有效值是最大值的倍，对其他的交变电流不一定有这样的关系，交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与平均值不同，交变电流的正负表示电流的方向，不表示电流的大小，交变电流的最小值为零,2、交流发电机在工作时的电动势为e=Emsint，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为(),A、Emsint/2,B、2Emsint/2,D、2Emsin2t,C、Emsin2t,提