人教版选修二 3.2 交变电流的描述 课件（35张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版选修二 3.2 交变电流的描述 课件（35张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-07-10 19:32:05 | ||
图片预览
文档简介
(共35张PPT)
3.2 交变电流的描述
复习巩固
如何产生正弦式交变电流？
匀强磁场
绕垂直于磁场方向的轴
匀速转动
如何描述正弦式交变电流的变化规律？
瞬时电动势：e=Emsinωt
瞬时电流： i=Imsinωt
瞬时电压： u=Umsinωt
峰值：Em=NBSω
大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。
什么是交变电流（AC）？
图像法描述正弦式交变电流的变化规律
周期性变化的交变电流
复习巩固
01
周期和频率
交变电流
3. 关系：
我国工业和家庭电路中的交变电流的
周期
频率
角速度
u / V
O
0.01
0.02
t/s
工业
家庭
1. 周期（T）：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一圈)所需的时间。国际单位是 s．
2. 频率（f）：1s内交变电流完成周期性变化的次数。单位是 Hz．
电流方向变化
在一个周期内，交变电流的方向变化2次
峰值
峰值
u / V
O
0.01
0.02
t/s
工业
家庭
我国工业和家庭电路中的交变电流的u-t 图
例题：如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图，分析下列问题：
（1）交流电流完成一次周期性变化（线圈转动一圈）所用多少时间？
（2）交流电流在1s内完成多少次周期性变化？
（3）由前2问，可知周期和频率有什么关系？
（4）在1s内电流方向变化多少次？
0.02 s
周期 T
频率 f
u / V
O
1
2
t/ 10-2 s
3
02
交变电流“四值”
交变电流
峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。
电动势峰值：Em=NBSω
电容器上的标称电压值（又叫耐压值或击穿电压）是电容器两极间所允许电压的峰值．超过该值就有被击穿的危险。
①、峰值（最大值）
额定电压: 电容器长期工作时所能承受的电压
电容
耐压值（最大值)
②、瞬时值
瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向
若从中性面开始计时，正弦交流瞬时值表达式为：
思考讨论
如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻。它是恒定电流。怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量
如图所示电流I 通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。怎样计算通电1 s内电阻R中产生的热量
如果有一大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在１s内产生同样热量，这个电流是多大？
定义：让交流电和恒定电流通过阻值相同的电阻，如果它们在相同时间（一个周期）内，产生热量相等，则把这个恒定电流的电流I、电压U，叫作该交流电的有效值 。
意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。
如：某交流电有效电压为220V，表示该交流电在一个周期内产生的热量相当于220V稳恒电压在同一周期内产生的热量
③、有效值
★注意：定义有效值时要“三同”：电阻相同，时间相同（一个周期），热量相同。
保险丝的熔断电流是指有效值
无特别说明时提到的交变电流的数值是指有效值
交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值
交流电压表、电流表测量的数值是指有效值
（2）一般交流电流表和交流电压表的读数是有效值
（3）保险丝的熔断电流是有效值———与热有关的交变电流的功、功率、热量等均用有效值；
（1）交流用电器上标出的额定电压和额定电流指的是有效值；
有效值的说明：
（4）以后提到的交变流电的数值，若没有特殊说明的均指有效值
解得：
即：
i/ A
O
1
t/s
2
3
4
例题：求该电流的有效电流和有效电压？
~
R=1Ω
正弦式交变电流的有效值与最大值的关系：
U =
Um
= 0.707Um
I =
Im
= 0.707Im
E =
Em
= 0.707Em
e、u、i
O
T
t
Em、um、im
-Em、-um、-im
T/2
O
T/2
T
t
e、u、i
Em、um、im
-Em、-um、-im
注意：
（1）任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦式交变电流．
（2）对非正弦式交变电流有效值只能通过电流的热效应计算
交流
恒定电流ＩＵ
通过大小相同电阻R
在交流电的一个周期内
交流的有效值为ＩＵ
怎样求一般交流电的有效值
Q交=Q直
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
电炉烧水
交流电的热效果和直流电相同
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
★几种常见交变电流的有效值
★几种常见交变电流的有效值
解析
例1、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值为( )
B
A. 5 A B.5 A
C. 3.5 A D.3.5A
解得I＝5 A.
根据有效值的定义可得，
例2：如图所示交变电流图象为某一正弦式交变电流更换负值后的i－t 图象，求该交变电流的有效值.
例3：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。该阻值为r=4 Ω的线圈与一个R＝6 Ω的电阻构成闭合电路。
（1）交变电流的周期和频率？
（2）交变电流的电动势的最大值和有效值？
（3）感应电动势的瞬时值表达式？
（4）若改变交流电源的频率，保持其峰值不变，其电动势的有效值是否改变？
（5）交流电流表、电压表的示数？
（6）电阻的热功率？
不变
或
④、平均值
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
项目 物理含义 重要关系 适用情况
瞬时值 交变电流某一时刻的值 计算线圈某一时刻的受力（安培力）情况
最大值 最大的瞬时值 确定电容器的耐压值或击穿电压
有效值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值、电压值 正弦式交变电流 (1)电流热效应相关量(如功、功率、热量)
(2)交流电表（电压表、电流表）的测量值
(3)电气设备铭牌标注额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值 交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间比值 (1)某段时间内产生的平均感应电动势
(2)某段时间内产生感应电流的平均值
(3)某段时间内通过横截面的电荷量
例：如图所示交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，线圈匝数N＝100，电阻r＝1 Ω，线圈在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以ω＝100π rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R＝9 Ω，以图示时刻开始计时，则
(1)感应电动势的最大值
(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势
(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势
(4)由图示位置转过60°的过程中通过电阻R的电荷量
(5)交流电压表的示数
(6)线圈转动一周产生的总热量
03
典例分析
交变电流
×
×
×
×
√
√
1．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（ ）
A．线框产生的交变电动势有效值为311V
B．线框产生的交变电动势频率为100Hz
C．t=0.005s时，线框的磁通量变化率为零
D．t=0.01s时，线框平面与中性面重合
D
2．某交流发电机中，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的关系如图所示．如果此线圈和一个R=100Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法中正确的是（ ）
A．交变电流的周期为0.04s
B．电阻R两端的有效电压是100V
C．交变电流的有效值为1A
D．交变电流的最大值为1A
AD
C
2．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线b所示，转动轴垂直于磁场方向。则下列说法中错误的是（ ）
A．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为最大
B．线圈先后两次转动的角速度之比为3:2
C．图线b所对应的电动势的有效值为 V
D．图线a所对应的电动势的瞬时值表达式为 （V）
3．先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是（ ）
A．第一、第二次，灯泡两端的电压之比为1:2
B．第一、第二次，通过灯泡的电流之比是2:1
C．第一、第二次，灯泡电功率之比是1:2
D．第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是1:4
C
B
4．如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻为r，处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OO′以角速度ω匀速运动。线圈通过滑环与定值电阻R及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为U，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则（ ）
A．R两端电压瞬时值的表达式为
B．理想电流表的示数为
C．从 到 的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零
D．若ω=100π rad/s，通过R的电流每秒钟方向改变50次
6．如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分），则下列说法正确的是（ ）
A．这是一种交变电流
B．电流的变化周期为0.015s
C．电流通过100Ω电阻时，电功率为100W
D．电流通过100Ω的电阻时，一个周期内流经电阻的电荷量大于0.015C
BD
7．如图所示，交流发电机的线圈为边长为L的正方形，匝数为N，线圈电阻为r，外电阻为R。线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动，转速为n。图中电表均为理想交流电表，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置穿过线圈的磁通量最大
B．感应电动势的最大值为
C．交流电流表的示数为
D．交流电压表的示数为
BC
8．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示．产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示．则下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.01s时穿过线框的磁通量最小
B．该交变电动势的有效值为
C．该交变电动势的瞬时值表达式为
D．电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面的夹角为45°
CD
平均感应电动势
e
O
t
t
S
不易求！
问：该如何计算平均感应电动势？
法拉第电磁感应定律:
v
O
t
t
平均速度
S
平均感应电流
i
O
t
t
S
不易求！
问：该如何计算感应电流的平均值？
闭合电路欧姆定律:
问：那在一段时间内，如何计算通过线圈的电荷量？
电流的定义式:
3.2 交变电流的描述
复习巩固
如何产生正弦式交变电流？
匀强磁场
绕垂直于磁场方向的轴
匀速转动
如何描述正弦式交变电流的变化规律？
瞬时电动势：e=Emsinωt
瞬时电流： i=Imsinωt
瞬时电压： u=Umsinωt
峰值：Em=NBSω
大小和方向都随时间做周期性的变化.简称交流。
什么是交变电流（AC）？
图像法描述正弦式交变电流的变化规律
周期性变化的交变电流
复习巩固
01
周期和频率
交变电流
3. 关系：
我国工业和家庭电路中的交变电流的
周期
频率
角速度
u / V
O
0.01
0.02
t/s
工业
家庭
1. 周期（T）：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一圈)所需的时间。国际单位是 s．
2. 频率（f）：1s内交变电流完成周期性变化的次数。单位是 Hz．
电流方向变化
在一个周期内，交变电流的方向变化2次
峰值
峰值
u / V
O
0.01
0.02
t/s
工业
家庭
我国工业和家庭电路中的交变电流的u-t 图
例题：如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图，分析下列问题：
（1）交流电流完成一次周期性变化（线圈转动一圈）所用多少时间？
（2）交流电流在1s内完成多少次周期性变化？
（3）由前2问，可知周期和频率有什么关系？
（4）在1s内电流方向变化多少次？
0.02 s
周期 T
频率 f
u / V
O
1
2
t/ 10-2 s
3
02
交变电流“四值”
交变电流
峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。
电动势峰值：Em=NBSω
电容器上的标称电压值（又叫耐压值或击穿电压）是电容器两极间所允许电压的峰值．超过该值就有被击穿的危险。
①、峰值（最大值）
额定电压: 电容器长期工作时所能承受的电压
电容
耐压值（最大值)
②、瞬时值
瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向
若从中性面开始计时，正弦交流瞬时值表达式为：
思考讨论
如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻。它是恒定电流。怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量
如图所示电流I 通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。怎样计算通电1 s内电阻R中产生的热量
如果有一大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R也能在１s内产生同样热量，这个电流是多大？
定义：让交流电和恒定电流通过阻值相同的电阻，如果它们在相同时间（一个周期）内，产生热量相等，则把这个恒定电流的电流I、电压U，叫作该交流电的有效值 。
意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。
如：某交流电有效电压为220V，表示该交流电在一个周期内产生的热量相当于220V稳恒电压在同一周期内产生的热量
③、有效值
★注意：定义有效值时要“三同”：电阻相同，时间相同（一个周期），热量相同。
保险丝的熔断电流是指有效值
无特别说明时提到的交变电流的数值是指有效值
交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值
交流电压表、电流表测量的数值是指有效值
（2）一般交流电流表和交流电压表的读数是有效值
（3）保险丝的熔断电流是有效值———与热有关的交变电流的功、功率、热量等均用有效值；
（1）交流用电器上标出的额定电压和额定电流指的是有效值；
有效值的说明：
（4）以后提到的交变流电的数值，若没有特殊说明的均指有效值
解得：
即：
i/ A
O
1
t/s
2
3
4
例题：求该电流的有效电流和有效电压？
~
R=1Ω
正弦式交变电流的有效值与最大值的关系：
U =
Um
= 0.707Um
I =
Im
= 0.707Im
E =
Em
= 0.707Em
e、u、i
O
T
t
Em、um、im
-Em、-um、-im
T/2
O
T/2
T
t
e、u、i
Em、um、im
-Em、-um、-im
注意：
（1）任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦式交变电流．
（2）对非正弦式交变电流有效值只能通过电流的热效应计算
交流
恒定电流ＩＵ
通过大小相同电阻R
在交流电的一个周期内
交流的有效值为ＩＵ
怎样求一般交流电的有效值
Q交=Q直
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
电炉烧水
交流电的热效果和直流电相同
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
★几种常见交变电流的有效值
★几种常见交变电流的有效值
解析
例1、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值为( )
B
A. 5 A B.5 A
C. 3.5 A D.3.5A
解得I＝5 A.
根据有效值的定义可得，
例2：如图所示交变电流图象为某一正弦式交变电流更换负值后的i－t 图象，求该交变电流的有效值.
例3：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。该阻值为r=4 Ω的线圈与一个R＝6 Ω的电阻构成闭合电路。
（1）交变电流的周期和频率？
（2）交变电流的电动势的最大值和有效值？
（3）感应电动势的瞬时值表达式？
（4）若改变交流电源的频率，保持其峰值不变，其电动势的有效值是否改变？
（5）交流电流表、电压表的示数？
（6）电阻的热功率？
不变
或
④、平均值
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
项目 物理含义 重要关系 适用情况
瞬时值 交变电流某一时刻的值 计算线圈某一时刻的受力（安培力）情况
最大值 最大的瞬时值 确定电容器的耐压值或击穿电压
有效值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值、电压值 正弦式交变电流 (1)电流热效应相关量(如功、功率、热量)
(2)交流电表（电压表、电流表）的测量值
(3)电气设备铭牌标注额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值 交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间比值 (1)某段时间内产生的平均感应电动势
(2)某段时间内产生感应电流的平均值
(3)某段时间内通过横截面的电荷量
例：如图所示交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，线圈匝数N＝100，电阻r＝1 Ω，线圈在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以ω＝100π rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R＝9 Ω，以图示时刻开始计时，则
(1)感应电动势的最大值
(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势
(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势
(4)由图示位置转过60°的过程中通过电阻R的电荷量
(5)交流电压表的示数
(6)线圈转动一周产生的总热量
03
典例分析
交变电流
×
×
×
×
√
√
1．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（ ）
A．线框产生的交变电动势有效值为311V
B．线框产生的交变电动势频率为100Hz
C．t=0.005s时，线框的磁通量变化率为零
D．t=0.01s时，线框平面与中性面重合
D
2．某交流发电机中，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的关系如图所示．如果此线圈和一个R=100Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法中正确的是（ ）
A．交变电流的周期为0.04s
B．电阻R两端的有效电压是100V
C．交变电流的有效值为1A
D．交变电流的最大值为1A
AD
C
2．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线b所示，转动轴垂直于磁场方向。则下列说法中错误的是（ ）
A．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为最大
B．线圈先后两次转动的角速度之比为3:2
C．图线b所对应的电动势的有效值为 V
D．图线a所对应的电动势的瞬时值表达式为 （V）
3．先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是（ ）
A．第一、第二次，灯泡两端的电压之比为1:2
B．第一、第二次，通过灯泡的电流之比是2:1
C．第一、第二次，灯泡电功率之比是1:2
D．第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是1:4
C
B
4．如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻为r，处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OO′以角速度ω匀速运动。线圈通过滑环与定值电阻R及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为U，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则（ ）
A．R两端电压瞬时值的表达式为
B．理想电流表的示数为
C．从 到 的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零
D．若ω=100π rad/s，通过R的电流每秒钟方向改变50次
6．如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分），则下列说法正确的是（ ）
A．这是一种交变电流
B．电流的变化周期为0.015s
C．电流通过100Ω电阻时，电功率为100W
D．电流通过100Ω的电阻时，一个周期内流经电阻的电荷量大于0.015C
BD
7．如图所示，交流发电机的线圈为边长为L的正方形，匝数为N，线圈电阻为r，外电阻为R。线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动，转速为n。图中电表均为理想交流电表，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置穿过线圈的磁通量最大
B．感应电动势的最大值为
C．交流电流表的示数为
D．交流电压表的示数为
BC
8．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示．产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示．则下列说法正确的是（ ）
A．t＝0.01s时穿过线框的磁通量最小
B．该交变电动势的有效值为
C．该交变电动势的瞬时值表达式为
D．电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面的夹角为45°
CD
平均感应电动势
e
O
t
t
S
不易求！
问：该如何计算平均感应电动势？
法拉第电磁感应定律:
v
O
t
t
平均速度
S
平均感应电流
i
O
t
t
S
不易求！
问：该如何计算感应电流的平均值？
闭合电路欧姆定律:
问：那在一段时间内，如何计算通过线圈的电荷量？
电流的定义式: