高中物理 5.2描述交变电流的物理量课件 新人教版选修32.ppt

目标定位1 掌握交变电流的周期 频率 线圈转动角速度三者间的关系 2 理解交变电流有效值的含义 会进行有效值的相关计算 3 知道正弦式交变电流有效值与峰值的关系及在生活中的应用 4 了解相位及相位差的概念 第2讲描述交变电流的物理量 一 周期和频率1 周期 t 交变电流完成所需的时间 用t表示 单位是秒 2 频率 f 交变电流在内完成的次数 用表示 单位是赫兹 符号是 一次周期性变化 周期性变化 hz 3 周期和频率关系 t 或f 1s f 4 在i imsin t中 等于频率的倍 即 2 2 f 想一想如图1所示 这个交变电流的周期是多少 频率是多少 图1 答案周期t 0 02s 频率f 50hz 二 峰值和有效值1 峰值 交变电流的电压 电流所能达到的数值 电容器所能承受的电压要 填 高于 等于 或 低于 交流电压的峰值 否则电容器就可能被击穿 2 有效值 让交变电流和恒定电流分别通过的电阻 在交流的内 它们产生的相等 这个恒定电流 电压叫做这个交流的有效值 3 正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系是i u 最大 高于 大小相同 一个周期 热量 4 1 人们通常说家庭电路电压是220v 指的是 2 交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是 交流电压表测量的数值是 3 交变电流的数值在无特别说明时都指 想一想是不是所有的交变电流的有效值与最大值都满足i 答案不是 此公式仅适用于正弦交流电 有效值 有效值 有效值 有效值 三 相位1 如图2所示 甲 乙两支交流的周期相等 但不能同时达到最大值 我们说它们的 不同 相位 图2 2 甲 乙两交流电的表达式分别为 u甲 u乙 其中 t 叫做交变电流的 是t 0时的相位 叫做交变电流的 umsin t umsin t 相位 初相位 一 对描述交变电流物理量的认识1 周期和频率的关系 t f 即交流电变化越快 周期越短 频率越大 2 角速度与周期 频率的关系 2 f 3 转速 n 线圈单位时间内转过的圈数 单位是r s或r min 角速度与转速的关系 2 n n的单位为r s 或 2 n的单位为r min 4 峰值 也叫最大值 是所有瞬时值中的最大值 1 表达式 em nbs 2 电容器接在交流电路中 交流电压的最大值不能超过电容器的耐压值 5 有效值正弦式交流电的有效值e 例1小型交流发电机中 矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动 产生的感应电动势与时间成正弦函数关系 如图3所示 此线圈与一个r 10 的电阻构成闭合电路 不计电路的其他电阻 下列说法正确的是 a 交变电流的周期为0 125sb 交变电流的频率为8hzc 交变电流的有效值为ad 交变电流的最大值为4a 图3 解析由e t图象可知 交变电流的周期为0 25s 故频率为4hz 选项a b错误 根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2a 故有效值为a 选项c正确 d错误 答案c 二 交变电流有效值的计算1 对有效值的进一步理解 1 交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的 2 理解有效值重点在 等效 上 效果 相同在定义中体现为相同电阻 相同时间 产生相同热量 交变电流与多大的直流电 效果 相同 有效值就是多大 2 有效值的计算 1 对于正弦式交变电流 可先根据em nbs 求出最大值 然后根据e 求出其有效值 2 当电流是非正弦式交变电流时 必须根据有效值的定义求解 先计算交变电流在一个周期内产生的热量q 再将热量q用相应的物理量的有效值表示q i2rt或q t 最后代入数据求解有效值 例2通过一阻值r 100 的电阻的交变电流如图4所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 图4 答案b 三 瞬时值 最大值 有效值 平均值的区别及应用对比 例3如图5所示 实验室一台手摇交流发电机 内阻r 1 外接r 9 的电阻 闭合开关s 当发动机转子以某一转速匀速转动时 产生的电动势e 10sin 10 t v 则 a 该交变电流的频率为10hzb 该电动势的有效值为10vc 外接电阻r所消耗的电功率为10wd 电路中理想交流电流表a的示数为1a 图5 答案d 针对训练一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图6甲所示 已知发电机线圈内阻为5 现外接一只电阻为95 的灯泡 如图乙所示 则 图6 a 电压表v的示数为220vb 电路中的电流方向每秒钟改变50次c 灯泡实际消耗的功率为484wd 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24 2j 答案d 对描述交变电流物理量的认识1 某小型发电机产生的感应电动势为e 50sin 100 t v 对此电动势 下列表述正确的有 a 最大值是50vb 频率是100hzc 有效值是25vd 周期是0 02s 解析从中性面开始计时 感应电动势的表达式为e emsin t 因e 50sin 100 t v 所以最大值em 50v a错误 由 2 f 100 rad s得f 50hz b错误 答案cd 交变电流有效值的计算2 如图7所示的 a b 两图分别表示两个交流电压 比较这两个交流电压 它们具有共同的 图7 a 有效值b 频率c 最大值d 均不一样 解析由题图可知 两个交流电压最大值均为2v 周期均为0 4s 可知b c正确 答案bc 3 如图8所示是一交变电流随时间变化的图象 求此交变电流的有效值 图8 解析设该交变电流的有效值为i 直流电的电流为i 让该交变电流和直流电分别通过同一电阻 阻值为r 在一个周期 t 0 2s 内 该交变电流产生的热量 由q q 代入数据 解得i 5a 即此交变电流的有效值i i 5a 答案5a 4 如图9所示 单匝矩形闭合导线框