物理描述交变电流的物理量新人教选修学习教案

1、物理物理 描述交变描述交变(jio bin)电流的物理量电流的物理量 新新人教选修人教选修第一页，共22页。复习复习(fx)回顾回顾( (一一) )交变交变(jio bin)(jio bin)电流：电流： 大小和方向随时间作大小和方向随时间作(jinzu)周期性变化的电流周期性变化的电流;简称交流。简称交流。 其中按其中按正弦规律正弦规律变化的交流电叫变化的交流电叫正弦交流电正弦交流电。 （二）正弦交流电的产生及变化规律（二）正弦交流电的产生及变化规律 当线圈在匀强磁场中当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴匀速转匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正动

2、时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。弦交流。 跟磁感线垂直的平面叫做跟磁感线垂直的平面叫做中性面中性面。这一位置穿。这一位置穿过线圈的过线圈的磁通量最大磁通量最大，但线圈的，但线圈的磁通量变化率为零磁通量变化率为零，线，线圈中圈中无感应电动势无感应电动势。1 1产生：产生：2 2中性面：中性面：第1页/共22页第二页，共22页。3 3规律规律(gul)(gul)： 函数函数(hnsh)表达式：从中性面开始计时表达式：从中性面开始计时tIimsin在纯电阻在纯电阻(dinz)(dinz)电路中电路中: : 电流电流: : 电压电压:tUumsintEemsin电动势电动势:

3、 :SNBEm第2页/共22页第三页，共22页。一、描述一、描述(mio sh)交流电的物理量：交流电的物理量：1 1最大值（峰值最大值（峰值(fn zh)(fn zh)）：）： Em Em Um Um m m SNBEm瞬时值：瞬时值： u i e第3页/共22页第四页，共22页。周期周期(zhuq)和频率：和频率：（1 1）周期）周期(zhuq)(zhuq)：交变交变(jio bin)电流完成一次周期性变化所需的时间。电流完成一次周期性变化所需的时间。（3 3）角频率：线圈在匀强磁场中转动的）角频率：线圈在匀强磁场中转动的角速度角速度。 （2 2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。）频率：

4、一秒内完成周期性变化的次数。 T T和和f f的物理意义：表征交流电的物理意义：表征交流电变化的快慢变化的快慢。（4 4）关系：）关系：Tf1fT22第4页/共22页第五页，共22页。 我国生产和生活用交流电的周期我国生产和生活用交流电的周期(zhuq)T_s，频率，频率f= _Hz，角速度，角速度_rad/s，在在1s内电流的方向变化内电流的方向变化_次。次。0.0250100一个周期一个周期(zhuq)内电流方向改变两次。内电流方向改变两次。第5页/共22页第六页，共22页。 例例1.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它如图

5、所示，如果其它(qt)条件不变，仅使线圈的转条件不变，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速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为 （ ）A400V，0.02s B200V, 0.02sC400V, 0.08s D200V, 0.08sB第6页/共22页第七页，共22页。 练习练习(linx)1：如图所示为某正弦交流电流的图：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，并写出该电流的瞬像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。时值表达式。 I Im 20A100 rad/s.电流电流(dinli)的瞬时表达式为的瞬时表达式为i20sin100t(A

6、)T0.02s第7页/共22页第八页，共22页。22212122)1(RtIRtIQ3.01222.011222J8.2RtIQ2)2(118 . 22 IAI8 . 2第8页/共22页第九页，共22页。有效值有效值： E U E U I I （1 1）定义）定义(dngy)(dngy)： 根据电流的热效应来规定，让交流电和直流根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过通过(tnggu)相同阻值的电阻，如果他们在一相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。值叫做这一交流电的有效值。（2 2）正弦）正

7、弦(zhngxin)(zhngxin)交流电的有效值与最大值的关系：交流电的有效值与最大值的关系：2mEE 2mII 第9页/共22页第十页，共22页。(3)(3)说明说明(shumng)(shumng)：A A以上以上(yshng)(yshng)关系式只适用于正弦关系式只适用于正弦或余弦交或余弦交流电；流电；B B交流用电器的额定交流用电器的额定( dng)( dng)电压和额电压和额定定( dng)( dng)电流电流 指的是有效值；指的是有效值； C C交流电流表和交流电压表交流电流表和交流电压表的读数是的读数是 有效值有效值D D对于交流电若没有特殊说明的均指对于交流电若没有特殊说明的

8、均指 有效值有效值第10页/共22页第十一页，共22页。平均值：平均值：ENtB B求通过求通过(tnggu)(tnggu)某导体截面的某导体截面的电量一定要用电量一定要用 平均值。平均值。（4 4）注意：峰值）注意：峰值(fn zh)(fn zh)（最大（最大值）、有效值、值）、有效值、 平均值在应用上的区别。平均值在应用上的区别。 A A在求交流电的功、功率在求交流电的功、功率(gngl)(gngl)或或电热时必电热时必 须用交流电的有效值。须用交流电的有效值。 第11页/共22页第十二页，共22页。 例例2.2.某交流电压某交流电压(diny)(diny)随时间的变化规律随时间的变化规律

9、如图所示，则此交流电的频率是如图所示，则此交流电的频率是_Hz_Hz。若。若将该电压将该电压(diny)(diny)加在加在10uF10uF的电容器上，则的电容器上，则电容器的耐压值不应小于电容器的耐压值不应小于_V_V；若将该电；若将该电压压(diny)(diny)加在一阻值为加在一阻值为1K1K的纯电阻用电的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_A_A。20020020.25 20021 . 0u/vt/s第12页/共22页第十三页，共22页。 例例3.如图

10、表示一交流的电流随时间如图表示一交流的电流随时间(shjin)变化的图像变化的图像,求该电流的有效求该电流的有效值。值。4 23 2222121122I RTI RTI RT22121()2III221(4 2)(3 2)52A第13页/共22页第十四页，共22页。 练习练习2 2：如图表示一交流：如图表示一交流(jioli)(jioli)随随时间变化的图像，求此交流时间变化的图像，求此交流(jioli)(jioli)的有效值。的有效值。to123424iAs图1535IA 2221222TTI RTI RI R2222141()()2222I 第14页/共22页第十五页，共22页。 例例4.

11、4.图中两交变电流通过相同的电阻图中两交变电流通过相同的电阻(dinz)R(dinz)R。求：（。求：（1 1）分别写出它们的有效）分别写出它们的有效值、周期和频率。（值、周期和频率。（2 2）计算它们在）计算它们在R R上产生的上产生的功率之比。功率之比。（2）P甲甲:P乙乙I I12R:I I22R（I I1I I2）21:2 AI225) 1 (1sT4 . 01Hzf5 . 21AI52sT4 . 02Hzf5 . 22第15页/共22页第十六页，共22页。练习练习3:3:一个电阻一个电阻(dinz)(dinz)接在接在10V10V的直流电的直流电源上，它的发热功率是源上，它的发热功率

12、是P P，当接到电压为，当接到电压为u=10sintVu=10sintV的交流电源上，它的发热功率的交流电源上，它的发热功率 （ ） A A0.25P B0.25P B0.5P 0.5P C CP DP D2P2PB第16页/共22页第十七页，共22页。 例例4.4.如图所示，线圈的面积是如图所示，线圈的面积是0.050.05，共有，共有(n yu)100(n yu)100匝；线圈电阻为匝；线圈电阻为11，外接电，外接电阻阻R R99，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为B B1 1TT，当线圈以当线圈以300r/min300r/min的转速匀速旋转时，求：的转速匀速旋转时，求：(1

13、)(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线若从线圈处于中性面开始计时，写出线 圈中感应圈中感应(gnyng)(gnyng)电动势的瞬时表达式；电动势的瞬时表达式；(2)(2)线圈线圈(xinqun)(xinqun)转过转过1 130s30s时电动势时电动势的瞬时值多大；的瞬时值多大；(4)(4) 线圈每转过一周，外力所做的功。线圈每转过一周，外力所做的功。V325(3)(3)电路中电压表和电流表示数电路中电压表和电流表示数 各是各是多少多少A25.2V25.22Vt)10sin(502.5 J2.5 J第17页/共22页第十八页，共22页。 例例5.5.如图所示，矩形线圈的匝数为如图所示，矩形

14、线圈的匝数为n n，线圈面积为，线圈面积为S S，线圈内阻为，线圈内阻为r r，在磁感应强度为，在磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中绕绕OOOO轴以角速度轴以角速度匀速转动，外电路电阻匀速转动，外电路电阻(dinz)(dinz)为为R R。在线圈由图示位置转过。在线圈由图示位置转过9090的过的过程中，求：程中，求：(1)(1)通过电阻通过电阻(dinz)R(dinz)R的电量的电量q q；n B SqI tRr(2) (2) 电阻电阻(dinz)R(dinz)R上产生的焦耳热上产生的焦耳热QQ 在此过程中电阻在此过程中电阻R R上的焦耳上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的热为一个周期内

15、产生焦耳热的1 14 4， 222)(4)41rRnBSRRTIQ（第18页/共22页第十九页，共22页。 练习练习4 4：边长为：边长为a a的单匝正方形线圈在磁感应强度的单匝正方形线圈在磁感应强度(qingd)(qingd)为为B B的匀强磁场中，以的匀强磁场中，以OOOO为轴匀速为轴匀速转动，角速度为转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为阻为R R，求：，求：(1)(1)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T T4 4的过程的过程(guchng)(guchng)中产生的中产生的热量热量QQ。RaBQ442(2)(2)线圈从图示位置线圈从图示位置(wi

16、zhi)(wi zhi)转过转过T T4 4的的过程中通过线圈某截面的电过程中通过线圈某截面的电量量q q。 2222BaBaqItRR第19页/共22页第二十页，共22页。1 1最大值（峰值最大值（峰值(fn zh)(fn zh)）：）： Em Um Em Um m m 瞬时值：瞬时值： u i e3周期：交变电流完成一次周期性变化周期：交变电流完成一次周期性变化(binhu)所需的时间。所需的时间。4 4频率：一秒内完成周期性变化的次数。频率：一秒内完成周期性变化的次数。Tf1fT225 5有效值有效值： E U E U I I （1 1）定义）定义： 根据根据电流的热效应电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫