高中物理人教版选修1-1课件：3.3 交变电流20张PPT

(共20张PPT)
三、交变电流
1.了解交变电流是怎样产生的。
2.定性了解交流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量。
3.知道交流能通过电容器的原因,了解交流这一特性在电子技术中的应用。
4.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用,进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系。
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二
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四
一、交流发电机
1.原理:电磁感应现象,线圈在磁场中转动产生感应电动势。
2.结构:产生磁场的磁体和产生感应电动势的线圈。

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二
三
四
二、交变电流的变化规律
1.定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流,简称交流。
2.产生:矩形线圈在匀强磁场里绕垂直于磁场的转轴以某一角速度匀速转动,线圈中将产生正弦式电流。
3.波形:正弦式电流的波形是正弦图象。
4.变化规律:在线圈平面与磁场垂直时,线圈中没有感应电流,这样的位置叫中性面。
从中性面开始计时,正弦式电流在某一时刻的电流、电压的表达式为i=Imsin ωt;u=Umsin ωt。式中Im、Um分别是电流和电压的最大值,叫作交流的峰值。
5.相关物理量:瞬时值、最大值(峰值)、周期和频率。




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三、交变电流能够通过电容器
当电容器接到交流电路上,电容器交替进行充电和放电,电路中形成电流。电容器能够隔直流、通交流。


使用220 V交流电器,其金属外壳与电源之间都有良好的绝缘(即外壳不与电源直接相连),但是,有时候用手摸外壳时仍会感到“麻手”,这是什么原因?
提示:因为与电源直接相连的机芯和金属外壳构成了电容器的两个极板,电源中的交变电流能“通过”这个“电容器”,产生“漏电”,故手摸外壳时会感到“麻手”。


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四、交变电流的有效值
1.定义:把交流和直流分别通过相同的电阻,如果在相等的时间里它们产生的热量相等,我们就把这个直流电压、电流的数值称作交流电压、电流的有效值。
2.正弦式电流
有效值和峰值的关系:





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一、直流与交变电流的对比
按大小和方向的变化规律,可将电流作如下的分类:
特别提醒电流大小和方向随时间做周期性变化是交变电流的最重要特征。恒定电流仅仅是直流中的一种;同样,交变电流也并不都是正弦式电流,正弦式电流的特殊规律不能适用于所有交变电流。
一
二
三
二、交变电流的描述
1.周期和频率
交变电流的周期和频率都是描述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,单位是秒(s)。周期越长,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次。
(2)频率f:交变电流完成周期性变化的次数与所需时间的比,单位是赫兹,符号为Hz;频率越大,交变电流变化越快。
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二
三
2.正弦式电流的图象
(1)如果以时间t为横坐标、电流i或电压u为纵坐标,把电流或电压随时间变化的规律用曲线画出来,会得到图中所示的正弦曲线,这就是正弦式电流的图象。
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二
三
(2)从图象中可以解读到以下信息:
①交变电流的最大值Im、Um、周期T。
②因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零,磁通量最大,所以可确定线圈位于中性面的时刻。
③线圈平行于磁感线的时刻。
④判断线圈中磁通量的变化情况。
⑤分析判断i、u随时间变化的规律。
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二
三
3.正弦式电流有效值和最大值间的关系
对非正弦式电流,在计算有效值时应按有效值的规定根据电流的热效应分析计算:把交流和直流分别通过相同的电阻,如果在相等的时间里它们产生的热量相等,我们就把这个直流电压、电流的值称为交流电压、电流的有效值。
但应注意所选时间至少应是一个周期。
(2)在计算交变电流通过导体产生的热量和电功、电功率以及确定保险丝的熔断电流时,只能用有效值。如电功率的计算公式P=UI中,U、I均为有效值。
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特别提醒(1)实际应用中,交变电流有不同的变化规律,常见的有以下几种,如图所示。






(2)在交流电路中,电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下,所给出的交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值,如各种用电器铭牌上的标称值均为有效值。
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三、交变电流与电容器的关系
1.为什么交变电流能通过电容器
将电容器和电源相连,当开关合上时,电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引,并推送到负极板上面,由于电容器两极板之间隔有绝缘材料,所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来,正极板上便因电子减少而带上正电,负极板便因电子逐渐增加而带上负电,电容器两个极板之间便有了电压,当这个电压与电源电压相等时,电容器的充电就停止了,此时若将电源切断,电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器,如果我们用导线将两个极板连接起来,由于两极板间存在电压,电子便会通过导线,回到正极板上,直至两极板间的电势差为零,电容器又恢复到不带电的中性状态,导线中也就没电流了。在电容器充放电的过程中,从外电路来看,导线中的电荷确实在流动,所以交变电流能够通过电容器。
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2.电容器的特点:隔直流,通交流。
加在电容器两个极板上的交变电流频率越高,电容器在单位时间内充放电次数越多,充放电电流越大,也就是说,电容器对于频率高的交变电流的阻碍作用小,即容抗小;反之,电容器对频率低的交变电流产生的容抗大。对于同一频率的交变电流,电容器的电容量越大,容抗就越小,电容量越小,容抗就越大。
类型一
类型二
类型三
交变电流的变化规律
【例1】一个按正弦规律变化的交变电流的i-t图象如图所示,根据图象可以断定(　　)





A.交变电流的频率f=0.2 Hz
类型一
类型二
类型三
答案:BD
题后反思理解图象的物理意义,从图象中找出周期和最大值,写出瞬时表达式。
类型一
类型二
类型三
有效值与峰值
【例2】 在相同的时间内,某正弦式电流通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量,与一电流为3 A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等,则(　　)
答案:AC
类型一
类型二
类型三
类型一
类型二
类型三
交流电路中电容器的作用
【例3】 对电容器能通过交变电流的原因,下列说法正确的是(　　)
A.当电容器接到交流电路中时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流
B.当电容器接到交流电路中时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流
C.在有电容器的交流电路中,没有电荷的定向移动
D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器
解析:本题考查对交变电流能通过电容器知识的理解。电容器接在交流电路中时,电路中有电流,有电荷的定向移动,但没有电荷能通过电容器。选项B、D正确。
答案:BD
类型一
类型二
类型三
题后反思电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的,并无电荷流过电容器。