3.2交变电流的描述 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（25页ppt）
文档属性
| 名称 | 3.2交变电流的描述 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（25页ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-01 21:44:01 | ||
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文档简介
第三章
交变电流的描述
正弦式交流电的规律
e ＝ Emsin ωt
?
Em ＝NωBS
?
u ＝ Umsin ωt
?
i ＝ Imsin ωt
?
知识回顾
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这 种电流的变化特征呢？
问题？
1、周期：我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间， 叫作它的周期，
通常用 T 表示，单位是秒（s）。
一、周期和频率
2、频率：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用 f 表示，单位是赫兹（Hz）。
T
根据定义可以知道
我国的交流电频率为50Hz，即周期为0.02s，打点计时器使用的是交流电，周期也为0.02s
T ＝ 2????????
?
e ＝ Emsin ωt
?
u ＝ Umsin ωt
?
i ＝ Imsin ωt
?
Em ＝NωBS
?
Im ＝Em????总
?
Um=Im????外
?
峰值
二、峰值和有效值
1、峰值：交变电流的峰值 Im 或Um 可以用来表示电流的强弱或电压的高低
电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿
思考：下图是通过一个 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也通过这个电阻R，也能在1 s 内产生同样的热，这个电流是多大？
二、峰值和有效值
解：将电流分成四个时间段，每个时间段电流都是恒定的，即每段时间产生的电热分别为????????、????????、????????、????????
?
????1=????12????????1=12×1×0.2????=0.2????
?
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J
?
????2=????22????????2=22×1×0.3????=1.2????
?
????3=????32????????3=22×1×0.3????=1.2????
?
????4=????42????????4=12×1×0.2????=0.2????
?
Q=I2Rt
?
I=QRt=2.81×1=1.67A
?
解：设直流电的大小为????
?
2、有效值：让交变电流与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，而这 个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫 作这一交变电流的有效值（effective value）
（2）“有效”指的是电流热效应的等效。（是一种等效思维）
（1）求有效值三同：同一电阻、相同时间（一个周期）、相同电阻
二、峰值和有效值
（3）理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U与峰值 Im、Um 之间有如下关系
这两个关系式只适用于 正弦式电流。
（4）计算电功、电热及电功率、热功率、电表读数、保险丝熔断电流时，使用有效值
人们通常说家庭电路的电压是220 V，是指有效值。使用交流的电气设备上，标出的额定电压和额定电流都是有效值，一般交流电压表、电流表测量的数值也是有效值。以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值。
交变电流“四值”的比较及应用
名称
物理含义
重要关系
应用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ω
i＝Imsin ωt t
分析交变电流在某一时刻的情况，如计算某一时刻线圈受到的安培力
最大值
最大的瞬时值
Em＝NωBS
电容器的击穿电压
二、峰值和有效值
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
(1)计算与电流热效应相关的量(如电功率、电热）
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值
计算通过电路横截面的电荷量
练习：通过某交流电流表的电流i随时间t变化的关系如图所示，该电流表的示数是多少？
二、峰值和有效值
二、峰值和有效值
我们已经知道，可以用交变电流的周期和频率来描述 电流（或电压）的变化快慢，用峰值来描述变化过程中的 最大值。如果要详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式，这两种描述可以全面记录和反映 电流（或电压）每个时刻的情况。
三、正弦式交变电流的公式和图像
公式
图像
u ＝ Umsin ωt=Umsin2????????t
?
练习：下图 是一个正弦式交变电流的波形图。根据i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的有效值。
三、正弦式交变电流的公式和图像
针对训练 1.如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，电压表、电流表均为理想电表.在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列判断不正确的是
√
三、正弦式交变电流的公式和图像
2.如图所示，一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B. 线圈以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，M和N是两个滑环，负载电阻为R. 线圈、电流表和连接导线的电阻都不计，
下列说法正确的是
三、正弦式交变电流的公式和图像
√
√
√
1、电感器对交变电流的阻碍作用
（1) 电感器：指电路钟的线圈仪器
（4）扼流圈：是电工技术和电子技术常用的元件，它 利用了电感器对交流的阻碍作用，分为高频扼流圈和低频扼流圈。
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
（3）感抗：线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用的大小叫感抗。
（2）电感器在交流电路中由于有自感而对交变电流有阻碍作用
实验和理论分析都表明，线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
自感系数L较小
自感系数L很大
（1）交变电流能够通过电容器
直流不能通过电容器，所以接直流电源的灯泡不亮。当电容器接到交流电源两端时，由于电容器两端电压不断变化而不断地 充电和放电，电路中就有了充、放电的电流，表现为交流“通 过”了电容器。
（2）电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗
2、电容器对交变电流的阻碍作用
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
家用电器外壳接地，就是为了防止这样的放电而损失电能；有时人摸电器会“触电”也是这个原因。
实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容的容抗就越小。
例1. “二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器，音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频和机械振动，如图为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b输入，则( )
A．甲扬声器是高音扬声器
B．C2的作用是阻碍高频电流通过乙扬声器
C．L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器
D．L2的作用是减弱乙扬声器的低频电流
D
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例2. (多选)在如图所示的电路中，L为电感线圈，D为灯泡，电流表的内阻为0，电压表的内阻无限大，交流电源的电压为u＝220sin (100πt) V。若保持电压的有效值不变，只将电源的频率改为100Hz，下列说法正确的是( )
A.电流表的示数增大
B.电压表的示数增大
C.灯泡变暗
D.灯泡变亮
BC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例3. (多选)如图2所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( )
A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗
B.当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮
C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮
D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗
AC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例4. (多选)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡。当双刀双掷开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同。则该同学在如下操作中能观察到的实验现象是( )
A.当开关置于1、2时，稳定后L1亮、L2不亮
B.当开关置于3、4时，交变电流频率增加且
稳定后，L1变亮、L2变暗
C.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，
L1将会立即熄灭
D.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，
L1不会立即熄灭
AD
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例5. (多选)如图所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V、50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是( )
A.改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯不变
B.改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮
C.改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，
B灯变亮，C灯亮度不变
D.改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，
B灯变亮，C灯变暗
AC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例6. (多选)在频率为f的交变电流电路中，如图4所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况可能的是( )
A.通过R的电流有效值不变
B.通过C的电流有效值变大
C.通过L的电流有效值减小
D.通过R、C、L的电流有效值都不变
ABC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例7. (多选)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则以下说法正确的是( )
A.电感L1的作用是通高频
B.电容C2的作用是通高频
C.扬声器甲用于输出高频成分
D.扬声器乙用于输出高频成分
BD
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例8.在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图7装置电路，其中代号a、b应选择的元件是( )
A.a是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈
B.a是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈
C.a是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈
D.a是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈
C
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
小结
一、周期和频率
二、峰值和有效值
三、正弦式交变电流的公式和图像
四、电感器和电容器对交变电流的作用
交变电流的描述
正弦式交流电的规律
e ＝ Emsin ωt
?
Em ＝NωBS
?
u ＝ Umsin ωt
?
i ＝ Imsin ωt
?
知识回顾
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这 种电流的变化特征呢？
问题？
1、周期：我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间， 叫作它的周期，
通常用 T 表示，单位是秒（s）。
一、周期和频率
2、频率：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用 f 表示，单位是赫兹（Hz）。
T
根据定义可以知道
我国的交流电频率为50Hz，即周期为0.02s，打点计时器使用的是交流电，周期也为0.02s
T ＝ 2????????
?
e ＝ Emsin ωt
?
u ＝ Umsin ωt
?
i ＝ Imsin ωt
?
Em ＝NωBS
?
Im ＝Em????总
?
Um=Im????外
?
峰值
二、峰值和有效值
1、峰值：交变电流的峰值 Im 或Um 可以用来表示电流的强弱或电压的高低
电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿
思考：下图是通过一个 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也通过这个电阻R，也能在1 s 内产生同样的热，这个电流是多大？
二、峰值和有效值
解：将电流分成四个时间段，每个时间段电流都是恒定的，即每段时间产生的电热分别为????????、????????、????????、????????
?
????1=????12????????1=12×1×0.2????=0.2????
?
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J
?
????2=????22????????2=22×1×0.3????=1.2????
?
????3=????32????????3=22×1×0.3????=1.2????
?
????4=????42????????4=12×1×0.2????=0.2????
?
Q=I2Rt
?
I=QRt=2.81×1=1.67A
?
解：设直流电的大小为????
?
2、有效值：让交变电流与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，而这 个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫 作这一交变电流的有效值（effective value）
（2）“有效”指的是电流热效应的等效。（是一种等效思维）
（1）求有效值三同：同一电阻、相同时间（一个周期）、相同电阻
二、峰值和有效值
（3）理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U与峰值 Im、Um 之间有如下关系
这两个关系式只适用于 正弦式电流。
（4）计算电功、电热及电功率、热功率、电表读数、保险丝熔断电流时，使用有效值
人们通常说家庭电路的电压是220 V，是指有效值。使用交流的电气设备上，标出的额定电压和额定电流都是有效值，一般交流电压表、电流表测量的数值也是有效值。以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值。
交变电流“四值”的比较及应用
名称
物理含义
重要关系
应用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ω
i＝Imsin ωt t
分析交变电流在某一时刻的情况，如计算某一时刻线圈受到的安培力
最大值
最大的瞬时值
Em＝NωBS
电容器的击穿电压
二、峰值和有效值
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
(1)计算与电流热效应相关的量(如电功率、电热）
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值
计算通过电路横截面的电荷量
练习：通过某交流电流表的电流i随时间t变化的关系如图所示，该电流表的示数是多少？
二、峰值和有效值
二、峰值和有效值
我们已经知道，可以用交变电流的周期和频率来描述 电流（或电压）的变化快慢，用峰值来描述变化过程中的 最大值。如果要详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式，这两种描述可以全面记录和反映 电流（或电压）每个时刻的情况。
三、正弦式交变电流的公式和图像
公式
图像
u ＝ Umsin ωt=Umsin2????????t
?
练习：下图 是一个正弦式交变电流的波形图。根据i-t图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的有效值。
三、正弦式交变电流的公式和图像
针对训练 1.如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，电压表、电流表均为理想电表.在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列判断不正确的是
√
三、正弦式交变电流的公式和图像
2.如图所示，一半径为r的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B. 线圈以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，M和N是两个滑环，负载电阻为R. 线圈、电流表和连接导线的电阻都不计，
下列说法正确的是
三、正弦式交变电流的公式和图像
√
√
√
1、电感器对交变电流的阻碍作用
（1) 电感器：指电路钟的线圈仪器
（4）扼流圈：是电工技术和电子技术常用的元件，它 利用了电感器对交流的阻碍作用，分为高频扼流圈和低频扼流圈。
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
（3）感抗：线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用的大小叫感抗。
（2）电感器在交流电路中由于有自感而对交变电流有阻碍作用
实验和理论分析都表明，线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
自感系数L较小
自感系数L很大
（1）交变电流能够通过电容器
直流不能通过电容器，所以接直流电源的灯泡不亮。当电容器接到交流电源两端时，由于电容器两端电压不断变化而不断地 充电和放电，电路中就有了充、放电的电流，表现为交流“通 过”了电容器。
（2）电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗
2、电容器对交变电流的阻碍作用
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
家用电器外壳接地，就是为了防止这样的放电而损失电能；有时人摸电器会“触电”也是这个原因。
实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容的容抗就越小。
例1. “二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器，音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频和机械振动，如图为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b输入，则( )
A．甲扬声器是高音扬声器
B．C2的作用是阻碍高频电流通过乙扬声器
C．L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器
D．L2的作用是减弱乙扬声器的低频电流
D
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例2. (多选)在如图所示的电路中，L为电感线圈，D为灯泡，电流表的内阻为0，电压表的内阻无限大，交流电源的电压为u＝220sin (100πt) V。若保持电压的有效值不变，只将电源的频率改为100Hz，下列说法正确的是( )
A.电流表的示数增大
B.电压表的示数增大
C.灯泡变暗
D.灯泡变亮
BC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例3. (多选)如图2所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( )
A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗
B.当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮
C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮
D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗
AC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例4. (多选)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡。当双刀双掷开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同。则该同学在如下操作中能观察到的实验现象是( )
A.当开关置于1、2时，稳定后L1亮、L2不亮
B.当开关置于3、4时，交变电流频率增加且
稳定后，L1变亮、L2变暗
C.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，
L1将会立即熄灭
D.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，
L1不会立即熄灭
AD
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例5. (多选)如图所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V、50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是( )
A.改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯不变
B.改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮
C.改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，
B灯变亮，C灯亮度不变
D.改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，
B灯变亮，C灯变暗
AC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例6. (多选)在频率为f的交变电流电路中，如图4所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况可能的是( )
A.通过R的电流有效值不变
B.通过C的电流有效值变大
C.通过L的电流有效值减小
D.通过R、C、L的电流有效值都不变
ABC
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例7. (多选)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则以下说法正确的是( )
A.电感L1的作用是通高频
B.电容C2的作用是通高频
C.扬声器甲用于输出高频成分
D.扬声器乙用于输出高频成分
BD
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
例8.在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图7装置电路，其中代号a、b应选择的元件是( )
A.a是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈
B.a是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈
C.a是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈
D.a是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈
C
四、拓展：电感器和电容器对交变电流的作用
小结
一、周期和频率
二、峰值和有效值
三、正弦式交变电流的公式和图像
四、电感器和电容器对交变电流的作用