2022-2023学年高二物理讲练结合新课件人教版（2019)选择性必修第二册）3.2交变电流的描述(19张PPT)
文档属性
| 名称 | 2022-2023学年高二物理讲练结合新课件人教版（2019)选择性必修第二册）3.2交变电流的描述(19张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-13 17:20:13 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
第三章 交变电流
3.2 交变电流的描述
【课标要求】能用公式和图像正弦交变电流
【学习目标】1．知道交变电流的周期、频率的概念，会用图像找出周期频率2．掌握交变电流有效值的概念，并会用“等效”的思想计算有效值3. 会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值
假定线圈在匀强磁场中绕轴OO′沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：
温故而知新
（1）中性面：垂直磁场方向的平面．
①穿过线圈的磁通量φ=BS最大，但=0最小，线圈中的感应电动势为零．
②线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
（2）峰值面：平行于磁感线的的平面。φ=0,最大，感应电动势最大。
1.两个特殊位置：
从中性面开始计时，
温故而知新
3.最大值（峰值）： Em Um Ｉm
2.瞬时值： e u i
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，认真观察下面两个交变电流的i-t图像，说出它们有什么不同？
i
O
2
4
6
t/s
8
i
O
2
4
6
t/s
8
i1
i1
一、描述交流电的物理量：
交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫它的周期。
１.周期：
交变电流完成一次周期性变化
符号：T 单位是秒（S）
２.频率：
交变电流一秒内完成周期性变化的次数
符号：f 单位是赫兹（Hz）
ω=2πf
（角频率或圆频率）
e=Emsinω t
i=Imsinωt
u=Umsinωt
例1.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
（5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？
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．若恒定直流I=3A的电源用10分钟把水烧开，交流电也用10分钟把水烧开.说明了什么？
情景：
二、描述交变电流大小的物理量
i
i
3
t
t
恒定直流I=3A的电流和这个交流通过相同的电阻，在相同的时间内产生的热量相等，这时我们就把恒定直流电流的数值（I=3A）叫做这个交流电流的有效值。
让交流电和恒定直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。
二、描述交变电流大小的物理量
3、有效值：
图3.2-2是通过一个 R 为1 Ω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. 怎样计算通电1 s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1 s内产生同样的热，这个电流是多大？
解析: 图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0-0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S-0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同.
让交流电和直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。
二、描述交变电流大小的物理量
3、有效值：
正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系：
有效值的求解方法：Q直=Q交
例2.如图表示交流的电流随时间变化的图像,求它们电流的有效值。
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
×
×
×
×
√
√
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
1.观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：
1.铭牌上的参数各代表什么意思？
2.如果有一个如下图所示的交变电流加在如图所示的电容器上，该电容器能安全工作吗？
0
t/s
u/V
200V
-200V
0.02
0.04
当堂检测
2.某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于______V；若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，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______ A。
200
－200
2
0.25
200
u/V
t/s
当堂检测
3.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
当堂检测
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
交变电流四值比较：
第三章 交变电流
3.2 交变电流的描述
【课标要求】能用公式和图像正弦交变电流
【学习目标】1．知道交变电流的周期、频率的概念，会用图像找出周期频率2．掌握交变电流有效值的概念，并会用“等效”的思想计算有效值3. 会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值
假定线圈在匀强磁场中绕轴OO′沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：
温故而知新
（1）中性面：垂直磁场方向的平面．
①穿过线圈的磁通量φ=BS最大，但=0最小，线圈中的感应电动势为零．
②线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次．
（2）峰值面：平行于磁感线的的平面。φ=0,最大，感应电动势最大。
1.两个特殊位置：
从中性面开始计时，
温故而知新
3.最大值（峰值）： Em Um Ｉm
2.瞬时值： e u i
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，认真观察下面两个交变电流的i-t图像，说出它们有什么不同？
i
O
2
4
6
t/s
8
i
O
2
4
6
t/s
8
i1
i1
一、描述交流电的物理量：
交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫它的周期。
１.周期：
交变电流完成一次周期性变化
符号：T 单位是秒（S）
２.频率：
交变电流一秒内完成周期性变化的次数
符号：f 单位是赫兹（Hz）
ω=2πf
（角频率或圆频率）
e=Emsinω t
i=Imsinωt
u=Umsinωt
例1.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
（5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？
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．若恒定直流I=3A的电源用10分钟把水烧开，交流电也用10分钟把水烧开.说明了什么？
情景：
二、描述交变电流大小的物理量
i
i
3
t
t
恒定直流I=3A的电流和这个交流通过相同的电阻，在相同的时间内产生的热量相等，这时我们就把恒定直流电流的数值（I=3A）叫做这个交流电流的有效值。
让交流电和恒定直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。
二、描述交变电流大小的物理量
3、有效值：
图3.2-2是通过一个 R 为1 Ω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. 怎样计算通电1 s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1 s内产生同样的热，这个电流是多大？
解析: 图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0-0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S-0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同.
让交流电和直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。
二、描述交变电流大小的物理量
3、有效值：
正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系：
有效值的求解方法：Q直=Q交
例2.如图表示交流的电流随时间变化的图像,求它们电流的有效值。
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
×
×
×
×
√
√
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
1.观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：
1.铭牌上的参数各代表什么意思？
2.如果有一个如下图所示的交变电流加在如图所示的电容器上，该电容器能安全工作吗？
0
t/s
u/V
200V
-200V
0.02
0.04
当堂检测
2.某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于______V；若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，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______ A。
200
－200
2
0.25
200
u/V
t/s
当堂检测
3.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
当堂检测
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
交变电流四值比较：