3.2交变电流的描述 课件（共31张PPT）高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

(共31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
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
一 表征交变电流变化快慢的物理量
1.周期T：
交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变流电的周期，单位s
2.频率f：
1s内完成周期性变化的次数，叫频率，单位Hz
3.角频率ω：
线圈在磁场中转动的角速度，单位rad/s
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
在一个周期内，交变电流的方向变化2次
02
交变电流“四值”
1、瞬时值
瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向
二 表征交变电流大小的物理量
　 规律 物理量　 从中性面开始计时
磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt
电动势 e＝Emsin ωt＝NBSω sin ωt
电压 u＝Umsin ωt＝ sin ωt
电流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt
交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。
二 表征交变电流大小的物理量
2、峰值
电动势峰值：Em=NBSω
二 表征交变电流大小的物理量
2、峰值的应用
耐压值（最大值)
电容
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。
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
3、有效值
如图所示电流I 通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。1.怎样计算通电1 s内电阻R中产生的热量
3、有效值
在0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则
Q交=2（Q1+Q2）=2.8J
在0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则
如图所示电流I 通过一个R=1Ω的电阻。它不是恒定电流。2.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？
3、有效值
Q直=Q交
带入数据得：
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
1）定义：
让交变电流和恒定电流通过大小相同的电阻，如果在交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、电压，叫做这个交流电的有效值。
－
R

R
若在交流的一个周期内Q直=Q交，则直流电的I、U叫交流电的有效值。
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。
意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。
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
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
解得：
即：
i/ A
O
1
t/s
2
3
4
例题1：求该电流的有效电流和有效电压？
~
R=1Ω
3、有效值
解：
例题2.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
电流表的示数是有效值
Q直=I2Rt
Q交=2×（I12Rt1+I22Rt2）从图中把数据代入，则有
所以100R=I2Rt，解得I=5A
根据有效值的定义：有Q直=Q交
例题3：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.
平均值：
B、求通过某导体截面的电量一定要用平均值
注意：峰值（最大值）、有效值、 平均值在应用上的区别
A、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值
4、平均值
交流发电机线圈电阻r＝1Ω，用电器电阻R＝9Ω，电压表示数为9 V，如图所示，那么该交流发电机的线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为
三 正弦式交变电流的公式和图像
1.公式：
2.图像：
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？
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。
（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，仍为10V
或
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
电路的三大基本元件
电容器( C )：容纳电荷的元件
电阻器（R）：限流的元件
电阻器、电容器和电感器
对直流、交流电有何作用？
电感器( L )：将电能转化为磁场能而存储起来的元件
三 电感器和电容器对交变电流的作用
三 电感器和电容器对交变电流的作用
A灯比B灯亮
自感形成对电流阻碍的作用
1.感抗：
L
~
u
S
B
L
E
S
A
现象：
结论：
原因：
电感器“通直流阻交流”
实验
电感器对交流电的阻碍作用
线圈自感系数越大，交流频率越高，感抗越大
实验
E
S
A
~
u
S
B
A灯不亮B灯亮
交变电压不断变化，电容器不断充电放电
现象：
结论：
原因：
电容器“通交流隔直流”
2.容抗：
电容器对交流电的阻碍作用
电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小。
1.电阻对直/交流的作用：
2.电感对交变电流的作用 :
低频扼流圈（L大）: 通直流，阻交流
高频扼流圈（L 小）: 通低频，阻高频
3.电容对交变电流的作用 :
隔直电容（C 大）: 隔直流,通交流
高频旁路电容（C 小）: 通高频，阻低频
三 电感器和电容器对交变电流的作用