高中物理课程—— 5.2.2 交变电流的平均值和有效值(共41张PPT)

(共41张PPT)
高中物理课程
——
5.2.2
交变电流的平均值和有效值
录
目
前情回顾
01
要点解析
02
题型演练
03
课程总结
04
课后作业
05
节
章
前情回顾
Part
One
周期和频率的关系：
峰值（最大值）:
与角速度的关系：
表示交流电流
的
或电压的
高低
强弱
前情回顾——周期、频率和峰值
【作2】矩形线圈放在匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴转动，产生的交流电动势
e
=
Emsinωt。如果将其转速增加一倍，其他条件保持不变，则电动势的表达式为
(
　　)
A.
e=2Emsinωt
B.
e=2Emsin2ωt
C.
e=Emsinωt
D.
e=Emsin2ωt
【作1】图示为交流发电机的示意图，图中线圈平面与磁场垂直．下列分析正确的是
（　
　）
A.
在图示位置时，线圈产生的感应电动势最大
B.
在图示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最大
C.
线圈从图示位置转动1/4圈时，感应电动势为0
D.
线圈从图示位置转动1/4圈时，磁通量变化率最大
课后作业讲评
D
B
课后作业讲评
AB
【作3】(多选)某兴趣小组自制一小型发电机，使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图象如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em。则(　　
)
A.
在t=T/4时，磁场方向与线圈平面垂直
B.
在t=T/2时，线圈中的磁通量变化率最大
C.
线圈中电动势的瞬时值
D.
若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中电动势变为原来的4倍
节
章
要点解析
Part
Two
理解交流电平均值的含义
会利用交流电平均值计算流过的电量
交流电的平均值
平均感应电动势还可以如何计算？（法拉第电磁感应定律）
平均值
但
的
S
不容易计算
交流电的平均值
在下面这个过程中，线框中的平均感应电动势是多少？
转过
交流电的平均值
交流电电流的平均值如何计算？
由闭合电路欧姆定律
可用面积法，但不容易计算
交流电的平均值
电流的定义
一段时间内，通过线框的电荷量
那么在一段时间内，如何计算通过线框的电荷量？
平均值
与t无关
交流电的平均值
理解有效值的含义
会利用有效值计算电功
会求几种简单交流电的有效值
交流电有效值的含义
如图所示通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。
怎样计算通过1s内电阻R中产生的热量?
交变电流的焦耳热
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1s内产生同样的热量，这个电流是多大？
如图所示通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。
交变电流的焦耳热
热量相等，
定义：
根据
电流的热效应
来规定，让交流和恒定电流分别通过
大小相同电阻，
如果在交流的
一个周期
内它们产生的
而这个恒定电流是I、
电压是U，我们就把这I、U叫做这个交流的有效值。
注意：
定义有效值时要
“三同”，即电阻相同、时间相同、产生的热量相同
交流电的有效值
注意：
①交流用电器上标出的额定电压和额定电流指的是有效值
②交流电流表和交流电压表的读数是有效值
③保险丝的熔断电流是有效值
④以后提到的交变流电的数值，若没有特殊说明的均指有效值
交流电的有效值
理解常见的正弦交流电的有效值
会用有效值计算交流电产生的热量
正弦交流电的有效值
都接在阻值为R的电阻上，各自一个周期内电阻的电功率分别为：
正弦交流电有效值的推导
记各自对应的有效值为
则
即
故
正弦交流电有效值的推导
只适用于求正弦或余弦交变电流的有效值
倍
正弦交变电流的最大值为有效值的
正弦交流电的有效值
这两个交流电的u-t曲线有何不同？
交流电压加达到峰值、变为0的时间，总比交流电压乙晚一些
交流电的相位
定义：
正弦符号sin后面的量?
?
?
?
?
?
叫做交变电流的相位，其中?
?是t=0时的相位，叫做交变电流的初相位。
两支交流的相位之差叫做它们的相位差
交流电的相位
频率相同，但初相位不同
相位差
不随时间变化
这两支交变电流的变化规律是相同的，只是步调不同
不同的交流发电机向同一电网供电，相位差必须为零。
否则：会使输电效率降低，甚至损坏输电设备。
交流电的相位
节
章
题型演练
Part
Three
题型演练
【例1】如图所示，N匝矩形线圈在匀强磁场中绕OO'轴逆时针转动（俯视），若线圈的两个边长分别是L1和L2，线圈匀速转动的角速度为ω，磁场的磁感应强度为B。求：
（1）在图示位置时，线圈中的感应电动势
（2）从图示位置转过
90°过程中，感应电动势的平均值
（3）若从图示时刻开始计时，求t时刻的感应电动势
题型演练
总结：求平均值找磁通量变化量。
【解答】
（1）Em=NBL1L2ω
（2）
（3）e=NBL1L2ωcosωt
【练1】（多选）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时（　　）
A.
当转过60°时，感应电流的瞬时值为
B.
当转过60°时，感应电流的瞬时值为
C.
在转过60°的过程中，感应电动势的平均值为
D.
在转过90°的过程中，感应电流的平均值为
题型演练
AC
题型演练
BC
总结：求电量找磁通量变化量。
【例2】（多选）在一小型交流发电机中，矩形金属线圈abcd的面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕轴以角速度ω匀速转动(如图甲所示),产生的感应电动势随时间的变化关系(如图乙所示)，矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路，下列说法中正确的是（　　
）
A.
从t1到t3这段时间内穿过线圈磁通量的变化量为零
B.
从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为
C.
t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率大小为E0
D.
t4时刻线圈处于中性面位置
【练2】如图所示线圈面积为S=0.05m2
，共N=100匝，线圈总电阻为r=1Ω，外电阻R=9Ω，线圈处于B=
2
/π
T的匀强磁场中．当线圈绕OO'以角速度ω=10πrad/s匀速转动时，求：
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式。
（2）线圈转过180°的过程中，通过电阻的电荷量。
题型演练
【解答】
（1）e=Emsinωt=100sin
10πt（v）
（2）
题型演练
B
【练1】如图所示为一交变电流的图象，其中电流为正时图像为正弦交流电的一部分，则该交变电流的有效值为（　　）
A.
I=I0
B.
C.
D.
题型演练
【例1】如图所示，n=50匝的矩形线圈abcd，ab边长为20cm，bc边长25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的线圈中轴线OO'匀速转动，转动角速度ω=50rad/s，线圈电阻不计，外电路电阻R=10Ω。已知从图示时刻开始计时，线圈中电动势表达式为e=nBSωcosωt（其中S为线圈面积），试求：
（1）电动势的峰值及交流电压表读数；
（2）1min时间内电阻R上产生的热量Q。
题型演练
总结：电表度数、电功率和电热都用有效值。
【解答】
（1）Em=nBSω，代入数据解得：Em=50v，
，代入数据解得：
（2）
，代入数据解得：
Q=(i有效)2Rt，代入数据解得：Q=7500J
题型演练
D
【练2】小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是（　　）
A.
该交流电压瞬时值的表达式u=100sin(25πt)V
B.
该交流电的频率为50Hz
C.
该交流电的电压的有效值为100
V
D.
若将该交流电压加在阻值R=100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W
题型演练
【练3】如图所示，一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化，发电机线圈内阻r=4.0Ω，外电路中的电阻R=6Ω，灯泡L电阻RL=12Ω，不计其它电阻，交流电流表为理想电流表．求：
（1）线圈转动的角速度ω；
（2）交流电流表的读数；
（3）在1min内，电阻R产生的热量。
题型演练
【解答】
（1）
，代入数据解得：ω=200rad/s
（2）
，代入数据解得：R外=4Ω
；
，代入数据解得：Em=200v
；
，代入数据解得：
。
（3）
，代入数据解得：
；
，代入数据解得：Q=5×104J
节
章
课程总结
Part
Four
正弦交变电流“四值”辨析
物理含义
电动势
适用情况
瞬时值
最大值
有效值
平均值
交变电流某一时刻的值
最大的瞬时值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
确定电容器的耐压值
①计算与电流热效应相关的量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
计算通过电路截面的电量
小结——交流电的“四值”
节
章
课后作业
Part
Five
课后作业
配套教材：第13页【链接真题】第1题，【课后作业】第1题；
第14页【链接真题】第2题，【课后作业】第1、2题；
第15页【课后作业】第3题。
大
谢
谢
家