《交变电流的描述》课件

2.交变电流的描述第三章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标思维导图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。(物理观念)2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量。(物理观念)3.掌握交变电流有效值与峰值的关系,会进行有效值的计算。(科学思维)课前篇自主预习必备知识一、周期和频率1.周期T交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫作它的周期。单位是s。周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次。2.频率f交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率。单位是Hz。频率越大,交变电流变化越快。二、峰值和有效值1.峰值(1)定义:交变电流的电压、电流所能达到的最大值。(2)意义:用来表示电流的强弱或电压的高低。(3)应用:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。2.有效值(1)定义:让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等,这个恒定电流的电流I、电压U,叫作这个交变电流的有效值。(2)应用:①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值;一般交流电压表测量的数值是有效值。②交变电流的数值在无特别说明时都指有效值。3.有效值与峰值的关系

三、正弦式交变电流的公式和图像如果已知交变电流的周期T或频率f,又知道它的电压的有效值或峰值,详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式:(2)图像如图所示。

自我检测1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的,则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。(

)解析

线圈转动一圈,交变电流变化一个周期。答案

√(2)交变电流的周期越大,交变电流的变化就越快。(

)解析

交变电流的周期越小,交变电流的变化就越快。答案

×(3)交变电流的峰值可以用来表示电流的大小或电压的高低。(

)解析

交变电流的峰值越大说明电流越大或电压越高。答案

√(4)有效值为10V的交变电流和10V的直流有区别。(

)解析

两者仅在电流的热效应方面是等效的。答案

√(5)交流电路中,电压表、电流表的测量值都是有效值。(

)答案

√2.(多选)如图所示是某种正弦式交变电流的电压波形图,由图可确定该电压的(

)A.周期是0.01sB.最大值是311VC.有效值是220VD.表达式为u=220sin100πt(V)解析

由波形图可知,周期T=0.02

s,电压最大值Um=311

V,所以有效值

答案

BC课堂篇探究学习探究一有效值的理解与计算情境探究如图所示的电流i通过一个R=1Ω的电阻。(1)它不是恒定电流,怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?(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?知识归纳1.有效值的理解(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的,理解有效值重点在“等效”,“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,交变电流与多大的恒定电流“效果”相同,有效值就是多大。(2)如果没有特别说明,交变电流的电压、电流以及用电器上标出的额定电压、额定电流,都是指其有效值。凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值,在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。2.两种计算方法(1)特殊值法:若按正(余)弦规律变化的电流,可利用正弦式交变电流的有效值与峰值间的关系求解,(2)定义法: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。

3.几种常见电流的有效值

(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算,时间一般选取一个周期。(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值,在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。实例引导例1

一交变电流随时间变化的图像如图所示,求此交变电流的有效值。解析

设该交变电流的有效值为I',恒定电流的电流为I,让该交变电流和恒定电流分别通过同一电阻(阻值为R),在一个周期(T=0.2

s)内,该交变电流产生的热量在一个周期内恒定电流通过该电阻产生的热量Q=I2RT=0.2

s·I2R。由Q=Q'得,I=5

A,即此交变电流的有效值I'=I=5

A。答案

5A变式训练

1如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成,则这种交变电流的有效值为(

)答案

C探究二交变电流“四值”的对比和应用情境探究矩形线圈abcd在磁感应强度B=2T的匀强磁场中绕轴OO'以角速度ω=10πrad/s匀速转动,线圈共10匝,电阻r=10Ω,lab=0.3m,lbc=0.6m。求:(1)感应电流的最大值。(2)感应电流的有效值。(3)转动0.025s时感应电流的瞬时值。(4)从图示位置转动0.05s感应电流的平均值。知识归纳瞬时值、最大值、有效值、平均值之间的区别和联系

实例引导

解析

由e-t图像可知,交变电流的周期为0.25

s,故频率为4

Hz,选项A错误;根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2

A,故有效值为

A,选项B正确,C错误;因ω=2πf=8π,故电流的瞬时值表达式为i=2sin

8πt

(A),选项D错误。答案

B变式训练

2(多选)如图所示,A、B两输电线间的电压是u=200sin100πt(V),输电线电阻不计,把电阻R=50Ω的用电器接在A、B两输电线上,下列说法正确的是(

)A.电流表示数为4AB.电压表示数为200VC.通过R的电流方向每秒改变50次D.用电器消耗的电功率为1.6kW解析

AB随堂检测1.(多选)某正弦式交变电流的方向在1s内改变100次,则其周期T和频率f分别为(

)A.T=0.01s B.T=0.02sC.f=100Hz D.f=50Hz解析

由于正弦式交变电流一个周期内方向改变两次,所以其频率为50

Hz,答案

BD2.如图表示为一交变电流随时间变化的图像,则此交变电流的有效值是(

)A.5A B.4A C.A D.3A答案

C3.通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1s。电阻两端电压的有效值为(

)答案

B4.如图所示是一交变电流的i-t图像,则该交变电流的有效值为(

)答案

D5.如图所示,一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈匝数N=100,线圈电阻r=3Ω,lab=lcd=0.5m,lbc=lad=0.4m,磁感应强度B=0.5T,电阻R=311Ω。当线圈以n=300r/min的转速匀速转动时。(1)求感应电动势的最大值。(2)t=0时线圈在图示位置,写出此交变电流电动势瞬时值表达式。(3)此电压表的示数是多少?解析

(1)电动势的最大值为Em=NBωS=NB·(2πn转)·(lab·lbc)=314

V。(2)电动势瞬时值的表达式为e=Emsin

ωt=314sin

10πt

(V)。答案

(1)314V

(2)e=314sin10πt(V)

(3)220V