辽宁省大连市高中物理 第5章 交变电流 5.2 描述交变电流的物理量课件 新人教版选修32.ppt

导入新课 1 用公式法描述 从中性面开始计时 得出 瞬时电动势 e emsin t瞬时电流 i imsin t瞬时电压 u umsin t其中em nbs 如何描述交变电流的变化规律呢 2 用图象法描述 如图所示 除了电流 电压 还有什么物理量可以描述交变电流 第二节描述交变电流的物理量 1 知识与技能知道交变电流的周期和频率 以及它们与转子角速度 的关系 知道交变电流和电压的最大值 瞬时值 有效值等及其关系 知道我国供电线路交变电流的周期和频率 教学目标 2 过程与方法用等效的方法得出描述交变电流的有效值 学会观察实验 分析图象 由感性认识到理性认识的思维方式 3 情感态度与价值观通过对描述交变电流的物理量的学习 体会描述复杂事物的复杂性 树立科学 严谨的学习和认识事物的态度 联系日常生活中的交变电流知识 培养学生将物理知识应用于生活和生产实际的意识 鼓励学生勇于探究与日常生活有关的物理学问题 教学重 难点 教学重点周期 频率的概念 有效值的概念和计算 教学难点有效值的概念和计算 本节导航 1 周期和频率2 峰值和有效值 1 周期和频率 首先考虑用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢 交变电流跟别的周期性过程一样 是用周期或频率来表示变化快慢的 表征交变电流变化快慢的物理量 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 表征交流电变化快慢的物理量 t 周期t 交变电流完成一次周期变化所用的时间 频率f 1秒内完成周期性变化的次数 t 1 f 2 t 2 f 3 角频率 就是线圈在匀强磁场中转动的角速度 单位 rad s 角频率 频率和周期的关系 1 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 2 交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度有关 越大 周期越短 频率越高 说明 把小灯泡接在手摇交流发电机模型的输出端 当转子的转速由小增大时 我们看到 小灯泡发光的闪烁频率也由小增大 当转子的转速大到一定程度 由于交变电流的大小和方向变化太快 由于人眼存在视觉暂留的缘故 所以眼睛已不能分辨灯光的闪烁 这就是为什么照明电是交变电流 而电灯亮时看不见一闪一闪的原因 演示实验 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 a400v0 02sb200v0 02sc400v0 08sd200v0 08s b 解析 从图中看出 该交流电的最大值和周期分别是 em 100v t 0 04s 而最大值em nbs 周期t 2 当线圈转速加倍时 2 故em 2em 200v t t 2 0 02s 故选b 例2 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 a 解析 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 所以 正确选项为a 2 峰值和有效值 首先考虑用什么物理量来描述交变电流的大小呢 交变电流是用峰值和有效值来表示大小的 描述交变电流的大小 峰值 em im um瞬时值 e i u有效值 e i u 峰值 交变电流在一个周期内所能达到的最大数值 又叫最大值 用来表示交变电流的电流或电压变化幅度 emum m 1 最大值在实际中有一定的指导意义 所有使用交流的用电器 其最大耐值应大于其使用的交流电压的最大值 电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值 说明 2 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 nsb 电流的最大值 m em r 3 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 例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 解析 从图中可看出交变电流的周期t 0 02s 在t 0 0025s t 8时 电流为14 14a 而t t 8时线圈从中性面转过的角度为45 由电流表达式i imsin t得 14 14 imsin45 im 14 14 sin45 20a 而 2 t 314rad s 故此电流的瞬时表达式为i 20sin314t a 有效值 如图所示的电流通过一个r 1 的电阻 它不是恒定电流 1 怎样计算通电1s内电阻r中产生的热量 解析 图象反映的交变电流可以分为4段 前半个周期中 0 0 2s内 可看成电流大小为1a的恒定电流 0 2s 0 5s内 可看成电流大小为2a的恒定电流 后半个周期的电流与前半个周期方向相反 但产生热量相同 交流电的热量 2 如果有一个大小 方向都不变的恒定电流通过电阻r 也能在1s内产生同样的热 这个电流是多大 解析 恒定电流的热量 甲 乙图中电炉烧水 设壶材料相同 水质量相等 水的初温相同 若直流电源用10分钟把水烧开 而第二次用交流电时也用10分钟把水烧开 甲 乙 我的电流是恒定的3a 我10分钟把水烧开 我10分钟也把水烧开 我的电流是变化的 我的电流有效值也是3a 交流电的热效果和直流电相同 规定 让交流电和直流电通过同样阻值的电阻 如果它们在同一时间内产生的热量相等 这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等 对正弦交流电有 i u e 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相等的热量 就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值 3 特点 交变电流的有效值根据电流的热效应来规定 与电流的方向无关 在计算时 要紧扣电流通过电阻生热或热功率进行计算 相同时间 至少要取一个周期的时间 有效值与最大值之间的关系 任何电流都有有效值 但上述关系只限于正弦交变电流 对其他形式的交变电流并不适用 平均值 求通过某导体截面的电量一定要用平均值 它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值 其量值可用法拉第电磁感应定律 瞬时值 它是反映不同时刻交变电流的大小和方向 正弦式电流瞬时值表达式为正弦函数时 应当注意必须从中性面开始 e nbs sin 注意 1 交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值 2 交流电流表和交流电压表的读数是有效值 3 在求交流电的功 功率或电热时必须用交流电的有效值 4 对于交流电若没有特殊说明的均指有效值 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 瞬时值 最大值 有效值的符号 交变电流完成一次周期性变化所需要的时间 t s 描述交变电流变化的快慢 t 1 f 2 f 单位时间完成周期性变化的次数 f hz 同上 某一时刻的值 e u i v v a 描述某一时刻的情况 交变电流的最大值 v v a 描述电压高低和电流强弱 em um im 填表 动画 规律分析1 动画 规律分析2 动画 交流发电机的工作原理 图象 课堂小结 1 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 2 频率 一秒内完成周期性变化的次数 3 峰值 交变电流在一个周期内所能达到的最大数值 4 平均值 是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值 高考链接 1 1991年全车高考题 在相同的时间内 某正弦交流电通过一阻值为100 的电阻产生的热量 与一电流强度为3a的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等 则 ac a此交流电的电流强度的有效值为3a 最大值为3ab此交流电的电流强度的有效值为3a 最大值为6ac电阻两端的交流电电压的有效值为300v 最大值为300vd电阻两端的交流电电压的有效值为300v 最大值为600v 2 1995年全国高考题 图表示一交流电的电流随时高而变化的图像 此交流电的有效值是 a5ab5ac3 5ad3 5a b 3 1997年全国高考题 如图所示的两电路中 当a b两端与e f两端分别加上220v的交流电压时 测得c d间与g h间的电压均为110v 若分别在c d两端与g h两端加上110v的交流电压 则a b间与e f间的电压分别为 a220v 220vb220v 110vc110v 110vd220v 0 b 课堂练习 1 关于正弦式电流的有效值 下列说法中正确的是 a有效值就是交流电在一周期内的平均值 b交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的 c在交流电路中 交流电流表和交流电压表的示数表示的都是有效值 d对于正弦式电流 最大值的平方等于有效值平方的2倍 bcd 2 两个相同电阻分别通以下图两种电流 则在一个周期内产生的热量qa qb 1 2 3 在如图所示电路中 已知交流电源电压u 200sin 100 t v 电阻r 100 则电流表