新高中物理 第二章 2 表征交变电流的物理量课件 粤教版选修32.ppt

第二章 交变电流 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之间的关系 2 能理解电流的有效值是与热效应有关的量 而平均值只是简单意义的平均 3 掌握交变电流有效值与峰值的关系 会进行有关有效值的计算 学案2表征交变电流的物理量 知识探究 自我检测 一 交变电流的周期和频率 问题设计 知识探究 如图1所示 这个交变电流的周期是多少 频率是多少 答案周期t 0 02s 频率f 50hz 图1 要点提炼 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 3 转速 n 线圈单位时间 1s或1min 转过的圈数 单位是r s或r min 一次周期性变化 1s 周期性变化 f hz 5 交流电的瞬时值表达式e 其中 叫做交变电流的 是t 0时的相位 叫做交变电流的 6 我国电网中交变电流的周期是 s 频率是 hz emsin t t 相位 初相位 0 02 50 问题设计 二 交变电流的峰值和有效值 1 图2是通过一个r 1 的电阻的电流i随时间变化的曲线 这个电流不是恒定电流 1 怎样计算1s内电阻r中产生的热量 图2 2 如果有一个大小 方向都不变的恒定电流通过这个电阻r 也能在1s内产生同样的热 这个电流是多大 2 某交流电压瞬时值表达式u 6sin 100 t v 把标有 6v 2w 的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏 把标有6v的电容器接在此电源上会不会被击穿 答案小灯泡不会被烧坏 交流电压瞬时值表达式u 6sin 100 t v中6v是最大值 其有效值为6v 而标有 6v 2w 的小灯泡中的6v是有效值 电容器会被击穿 要点提炼 1 峰值 也叫最大值 它是所有瞬时值中的最大值 1 当线圈平面跟磁感线平行时 交变电流电动势最大 em 转轴垂直于磁感线 2 电容器接在交流电路中 交变电压的最大值不能超过电容器的 值 2 有效值 让交流与恒定电流分别通过 的电阻 如果在交变电流的 内它们产生的 相等 我们就把这个恒定电流的电流值i 电压值u 叫做这个交流电的有效值 计算时要注意三同 相同 上 一个周期 内 产生 相同 nbs 耐压 大小相同 一个周期 热量 电阻 热量 3 正弦式交变电流的有效值i u与峰值im um的关系 i u 注意 非正弦式交变电流的有效值只能根据电流的 计算 4 有效值的应用 1 计算与电流热效应有关的量 如电功 电功率 电热 要用 值 热效应 有效 2 交流电表的测量值 电气设备标注的额定电压 额定电流 通常提到的交流电的数值均指 值 5 平均值的应用 有效 典例精析 一 对描述交变电流物理量的认识 例1一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图3所示 由图可知 图3 a 该交流电的电压的有效值为100vb 该交流电的频率为25hzc 该交流电压瞬时值的表达式为u 100sin25tvd 并联在该电压两端的电压表指针不停摆动解析根据题图可知该交变电流电压的最大值为100v 周期为4 10 2s 所以频率为25hz a错 b对 而 2 f 50 rad s 所以u 100sin 50 t v c错 交流电压表的示数为交流电的有效值而不是瞬时值 不随时间变化 d错 答案b 例2一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4甲所示 已知发电机线圈内阻为5 0 外接一只电阻为95 0 的灯泡 如图乙所示 则 二 正弦式交变电流有效值的计算 图4 a 电压表的示数为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 由题图甲知t 0 02s 一个周期内电流方向变化两次 可知1s内电流方向变化100次 b错 例3如图5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 三 非正弦式交变电流有效值的计算 图5 解析设该交变电流的有效值为i 直流电的电流强度为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 在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量q i2rt 0 2i2r 由q q 得 0 2i2r 5r 解得i 5a 即此交变电流的有效值i i 5a答案5a 四 有效值 瞬时值 平均值的区别及应用 例4在水平方向的匀强磁场中 有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动 已知线圈的匝数为n 100匝 边长为20cm 电阻为10 转动频率f 50hz 磁场的磁感应强度为0 5t 求 1 外力驱动线圈转动的功率 解析线圈中交变电动势的最大值em nbs 100 0 5 0 2 2 2 50v 628v 交变电动势的有效值外力驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等 答案1 97 104w 2 转至线圈平面与中性面的夹角为30 时 线圈产生的感应电动势及感应电流的大小 解析线圈转到与中性面成30 角时 其电动势的瞬时值e emsin30 314v 交变电流的瞬时值答案314v31 4a 3 线圈由中性面转至与中性面成30 夹角的过程中 通过线圈横截面的电荷量 解析在线圈从中性面转过30 角的过程中 线圈中的平均感应电动势 n 平均感应电流 n 通过线圈横截面的电荷量为q 2 68 10 2c 答案2 68 10 2c 课堂要点小结 描述交变电流的物理量 1 对描述交变电流物理量的认识 如图6是某种正弦式交流电压的波形图 由图可确定该电压的 a 周期是0 01sb 最大值是220vc 有效值是220vd 表达式为u 220sin 100 t v 1 2 3 4 自我检测 图6 1 2 3 4 解析由题图可知 该交流电压的周期为0 02s 最大值为311v 而有效值u v 220v 故a b错误 c正确 正弦式交流电压的瞬时值表达式u umsin t 311sin t v 311sin 100 t v 故d选项错误 答案c 2 正弦式交变电流有效值的计算 一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 周期为t 从中性面开始计时 当t t时 线圈中感应电动势的瞬时值为2v 则此交变电流的有效值为 1 2 3 4 1 2 3 4 答案a 3 非正弦式交变电流有效值的计算 通过一阻值r 100 的电阻的交变电流如图7所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 1 2 3 4 图7 a 12vc 15v 解析根据电流的热效应计算电流的有效值 由 0 1 2r 0 4 2 0 2 2r 0 1 2 i2r 1可得 流过电阻的电流的有效值i a 电阻两端电压的有效值为u ir 4v b正确 答案b 1 2 3 4 4 峰值 有效值 瞬时值 平均值的区别及应用 交流发电机线圈电阻r 1 用电器电阻r