3.2 交变电流的描述 课件(共27张PPT)高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 3.2 交变电流的描述 课件(共27张PPT)高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 11.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-06 18:48:35 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
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”的思想计算交流电的有效值
3. 会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值
学习目标
3.2 交变电流的描述
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2次。
2、频率f
在单位时间内交变电流完成周期性变化的次数叫作它的频率。单位是Hz。
频率越大，交变电流变化越快。
例1 (多选)某正弦式交变电流的方向在1 s内改变100次,则其周期T和频率f分别为( )
A. T=0.01 s B. T=0.02 s
C. f=100 Hz D. f=50 Hz
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,
BD
二、峰值和有效值
1、峰值（Em、Im、Um）
(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。
耐压值（最大值）
电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值
2、有效值（E、I、U）
(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)理解应用：
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。
保险丝熔断电流
交流电压表、电流表的读数
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。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
标注的额定电压和额定电流是有效值
3、有效值的两种计算方法
(1)特殊值法：若按正(余)弦规律变化的交流电,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：非正弦式交流电，必须根据有效值的定义求解。
练习、如图是通过一个 R =1 Ω的电阻的电流 i 随时间t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？
一个周期时间内，交流通过R产生的热量
等效的恒定电流（有效值）一个周期时间内，产生的热量
练习、 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。
练习、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，正负半轴都是正弦曲线的一个部分，则此交变电流的有效值为（ ）
A． B．
C． D．
D
练习、通过某交流电流表的电流i随时间t的变化关系如图所示，图中曲线为正弦函数图像的一部分，该电表的示数为（ ）
A、 B、
C、 D、
C
(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算。根据有效值的定义计算，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。
(1)U=、I=只适用于正弦式交变电流,对于按其他规律变化的交变电流,上述关系式一般不再适用。
特别提醒
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
4、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
5、交变电流四值比较
CD
练习、（多选）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°
练习、如图所示，一个匝数N=10匝、面积为0.2m2的矩形线圈abcd，其电阻r=1Ω，以对称轴OO'为轴匀速转动，转速为n=120r/min，OO'的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B=2.0T，M和N是两个集流环，负载电阻为R=4Ω，电表均理想，连接导线的电阻不计，圆周率为π，求：
（1）感应电动势的最大值。
（2）从图示位置转过角内，通过负载电阻R的电荷量
和平均感应电动势。
（3）电压表的示数。
情境：在直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同。灯泡和电感器均相同前提下。接交流电和直流电，灯泡的亮度是否相同？接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？
L
S
E
L
S
u
电感器和电容器对交变电流的作用
（1）实验装置
（2）实验现象
①接通直流，灯泡亮度几乎相同。
②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。
③匝数越多，灯泡越暗。
④频率越高，灯泡越暗。
线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。
线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。
交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
1、电感对交变电流的作用
三、电感对交变电流的作用
（4）实际应用：
低频扼流圈——通直流、阻交流．
高频扼流圈——通低频、阻高频．
线圈的自感系数(电感)越大，交变电流的频率越高，感抗越大．
线圈绕在铁心上,匝数多，感抗大
线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小
（3）感抗：电感线圈对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用XL表示．
A. 电流表示数增大
B. 电压表示数增大
C. 灯泡变暗
D. 灯泡变亮
BC
L
V
A
R
练习、（多选）如图所示的电路中，L 为电感线圈，R 为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压为
，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为 100 HZ，下列说法正确的有 ( )
练习、（多选）如图所示实验电路中，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
2、电容器对交变电流的阻碍作用
5μF
20μF
23μF
（1）实验装置
（2）实验现象
①接通直流，串联有电容的支路灯泡不亮。
②接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。
③电容越大，灯泡越亮。
④频率越高，灯泡越亮。
电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。
交流的频率越高，容抗越小。
电容器的电容越大，容抗越小。
（4）实际应用：
隔直电容器——通交流、隔直流．
旁路电容器——通高频、阻低频．
后级输入
前级输出
~
~
~
~
（3）容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示．
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
四、电容器对交变电流的阻碍作用
电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小．
练习、有两个电容分别为C1=5μF，C2=3μF的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大( )
A、在C1上加f=50 Hz的交变电流
B、在C2上加f=50 Hz的交变电流
C、在C1上加f=60 Hz的交变电流
D、在C2上加f=60 Hz的交变电流
C
练习、（多选）如图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则（ ）
A. 将介质板插入电容器中，灯泡将变暗
B. 增大交变电流的频率，灯泡将变暗
C. 把电容器极板间距拉开一些，灯泡将变暗
D. 把电容器两极板错开一些，灯泡将变暗
CD
通交流隔直流
通高频阻低频
通直流阻交流
通低频阻高频
对直流、交流均有阻碍作用
在电路
中特点
电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用
由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
产生
原因
容抗
感抗
电阻
由电容的大小和交流电的频率f决定
由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定
由导体本身决定，与温度有关
决定因素
电能与电场能往复转化
电能和磁场能往复转化
电能转化为内能
电能的转化
归纳总结
特别提醒：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电能与电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。
知识点:
1、交变电流的周期和频率
2、交变电流的“四值”问题
①峰值（最大值）
②瞬时值
③有效值
④平均值
考点:
1、电流热效应计算有效值（重点)
2、求解焦耳热与电荷量
3、电容与电感对交流电的作用（难点)
交变电流的描述
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”的思想计算交流电的有效值
3. 会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值
学习目标
3.2 交变电流的描述
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2次。
2、频率f
在单位时间内交变电流完成周期性变化的次数叫作它的频率。单位是Hz。
频率越大，交变电流变化越快。
例1 (多选)某正弦式交变电流的方向在1 s内改变100次,则其周期T和频率f分别为( )
A. T=0.01 s B. T=0.02 s
C. f=100 Hz D. f=50 Hz
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,
BD
二、峰值和有效值
1、峰值（Em、Im、Um）
(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。
耐压值（最大值）
电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值
2、有效值（E、I、U）
(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)理解应用：
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。
保险丝熔断电流
交流电压表、电流表的读数
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。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
标注的额定电压和额定电流是有效值
3、有效值的两种计算方法
(1)特殊值法：若按正(余)弦规律变化的交流电,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：非正弦式交流电，必须根据有效值的定义求解。
练习、如图是通过一个 R =1 Ω的电阻的电流 i 随时间t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？
一个周期时间内，交流通过R产生的热量
等效的恒定电流（有效值）一个周期时间内，产生的热量
练习、 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。
练习、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，正负半轴都是正弦曲线的一个部分，则此交变电流的有效值为（ ）
A． B．
C． D．
D
练习、通过某交流电流表的电流i随时间t的变化关系如图所示，图中曲线为正弦函数图像的一部分，该电表的示数为（ ）
A、 B、
C、 D、
C
(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算。根据有效值的定义计算，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。
(1)U=、I=只适用于正弦式交变电流,对于按其他规律变化的交变电流,上述关系式一般不再适用。
特别提醒
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
4、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
5、交变电流四值比较
CD
练习、（多选）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°
练习、如图所示，一个匝数N=10匝、面积为0.2m2的矩形线圈abcd，其电阻r=1Ω，以对称轴OO'为轴匀速转动，转速为n=120r/min，OO'的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B=2.0T，M和N是两个集流环，负载电阻为R=4Ω，电表均理想，连接导线的电阻不计，圆周率为π，求：
（1）感应电动势的最大值。
（2）从图示位置转过角内，通过负载电阻R的电荷量
和平均感应电动势。
（3）电压表的示数。
情境：在直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同。灯泡和电感器均相同前提下。接交流电和直流电，灯泡的亮度是否相同？接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？
L
S
E
L
S
u
电感器和电容器对交变电流的作用
（1）实验装置
（2）实验现象
①接通直流，灯泡亮度几乎相同。
②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。
③匝数越多，灯泡越暗。
④频率越高，灯泡越暗。
线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。
线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。
交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
1、电感对交变电流的作用
三、电感对交变电流的作用
（4）实际应用：
低频扼流圈——通直流、阻交流．
高频扼流圈——通低频、阻高频．
线圈的自感系数(电感)越大，交变电流的频率越高，感抗越大．
线圈绕在铁心上,匝数多，感抗大
线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小
（3）感抗：电感线圈对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用XL表示．
A. 电流表示数增大
B. 电压表示数增大
C. 灯泡变暗
D. 灯泡变亮
BC
L
V
A
R
练习、（多选）如图所示的电路中，L 为电感线圈，R 为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压为
，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为 100 HZ，下列说法正确的有 ( )
练习、（多选）如图所示实验电路中，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
2、电容器对交变电流的阻碍作用
5μF
20μF
23μF
（1）实验装置
（2）实验现象
①接通直流，串联有电容的支路灯泡不亮。
②接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。
③电容越大，灯泡越亮。
④频率越高，灯泡越亮。
电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。
交流的频率越高，容抗越小。
电容器的电容越大，容抗越小。
（4）实际应用：
隔直电容器——通交流、隔直流．
旁路电容器——通高频、阻低频．
后级输入
前级输出
~
~
~
~
（3）容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示．
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
四、电容器对交变电流的阻碍作用
电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小．
练习、有两个电容分别为C1=5μF，C2=3μF的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大( )
A、在C1上加f=50 Hz的交变电流
B、在C2上加f=50 Hz的交变电流
C、在C1上加f=60 Hz的交变电流
D、在C2上加f=60 Hz的交变电流
C
练习、（多选）如图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则（ ）
A. 将介质板插入电容器中，灯泡将变暗
B. 增大交变电流的频率，灯泡将变暗
C. 把电容器极板间距拉开一些，灯泡将变暗
D. 把电容器两极板错开一些，灯泡将变暗
CD
通交流隔直流
通高频阻低频
通直流阻交流
通低频阻高频
对直流、交流均有阻碍作用
在电路
中特点
电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用
由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
产生
原因
容抗
感抗
电阻
由电容的大小和交流电的频率f决定
由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定
由导体本身决定，与温度有关
决定因素
电能与电场能往复转化
电能和磁场能往复转化
电能转化为内能
电能的转化
归纳总结
特别提醒：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电能与电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。
知识点:
1、交变电流的周期和频率
2、交变电流的“四值”问题
①峰值（最大值）
②瞬时值
③有效值
④平均值
考点:
1、电流热效应计算有效值（重点)
2、求解焦耳热与电荷量
3、电容与电感对交流电的作用（难点)
交变电流的描述