人教版（2019） 高中物理 选择性必修第二册课件 3.2.交变电流的描述35张PPT
文档属性
| 名称 | 人教版（2019） 高中物理 选择性必修第二册课件 3.2.交变电流的描述35张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-31 22:01:18 | ||
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文档简介
2.交变电流的描述
必备知识
自我检测
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两次。
2.频率f
交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率。单位是Hz。频率越大,交变电流变化越快。
4.我国民用交变电流的周期和频率
(1)周期:T=0.02 s。
(2)频率:f=50 Hz。ω=100π rad/s,电流方向每秒钟改变100次。
必备知识
自我检测
二、峰值和有效值
1.峰值
(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。
2.有效值
(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)应用:①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值;一般交流电压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。
3.有效值与峰值的关系
必备知识
自我检测
三、正弦式交变电流的公式和图像
如果已知交变电流的周期T或频率f,又知道它的电压的有效值或
峰值,详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式:
(2)图像如图所示。
必备知识
自我检测
四、电感器和电容器对交变电流的作用
1.电感器对交变电流的阻碍作用
在直流电路中,当电压一定时,影响电流强弱的只是电阻;但把线圈接入交流电路时,除了线圈自身的电阻对交变电流有阻碍作用外,还有由于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。实验和理论分析都表明,线圈的自感系数越大、交流的频率越高,线圈的感抗就越大。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。
必备知识
自我检测
2.电容器对交变电流的阻碍作用
(1)直流不能通过电容器。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)电容器对交变电流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。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,电容器对交流的阻碍作用就越小,即容抗越小。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的,则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。( )
解析:线圈转动一圈,交变电流变化一个周期。
答案:√
(2)我国提供市电的发电机转子的转速为3 000 r/min。( )
解析:市电的频率为50 Hz,即发电机转子每秒转动50转,每分转动
3 000转。
答案:√
(3)交变电流的周期越大,交变电流的变化就越快。( )
解析:交变电流的周期越小,交变电流的变化就越快。
答案:×
必备知识
自我检测
(4)交变电流的峰值可以用来表示电流的强弱或电压的高低。( )
解析:交变电流的峰值越大说明电流越强或电压越高。
答案:√
(5)有效值为10 V的交变电流和10 V的直流有区别。( )
解析:两者仅在电流的热效应方面是等效的。
答案:√
必备知识
自我检测
2.(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是( )
A.交流电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的最大值
B.用交流电表测定的读数是交变电流的瞬时值
C.给定的交变电流数值,在没有特别说明的情况下都是指有效值
D.在相同时间内通过同一电阻,跟交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值
解析:交流电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效值,选项A错误;一般用交流电表测定的读数是交变电流的有效值,选项B错误;一般情况下交变电流的数值都是指有效值,选项C正确;根据有效值的定义知,选项D正确。
答案:CD
必备知识
自我检测
3.(多选)如图所示是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的( )
A.周期是0.01 s
B.最大值是311 V
C.有效值是220 V
D.表达式为u=220sin(100πt)V
答案:BC
探究一
探究二
随堂检测
有效值的理解与计算
情境探究
如图所示的电流i通过一个R=1 Ω的电阻。
1.它不是恒定电流,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?
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.对有效值的理解
(1)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。
(2)如果没有特别说明,交变电流的电压、电流以及用电器上标出的额定电压、额定电流,都是指其有效值。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。
探究一
探究二
随堂检测
2.有效值的两种计算方法
(1)特殊值法:若按正(余)弦规律变化的电流,可利用交变电流的有效
(2)定义法:当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解。
探究一
探究二
随堂检测
3.几种常见电流的有效值
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算,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。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1一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。
探究一
探究二
随堂检测
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。
答案:5 A
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成,则这种交变电流的有效值为( )
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
交变电流“四值”的对比和应用
情境探究
矩形线圈abcd在磁感应强度B=2 T的匀强磁场中绕轴OO'以角速度ω=10π rad/s匀速转动,线圈共10匝,电阻r=10 Ω,ab=0.3 m,bc=0.6 m。求:
(1)感应电流的最大值。
(2)感应电流的有效值。
(3)转动0.025 s时感应电流的瞬时值。
(4)从图示位置转动0.05 s感应电流的平均值。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
瞬时值、最大值、有效值、平均值之间的区别和联系
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻为1 Ω,外接电阻R为9 Ω,匀强磁场的磁感应强度为B= T,当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时,则:
(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大?
(3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少?
(4)从中性面开始计时,经 s通过电阻R的电荷量
为多少?
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
规律方法(1)书写瞬时值表达式时需特别注意初始位置不一定是图中线框所在的位置,应以题中文字说明为准。
(2)由于电流大小不断变化,故某段时间内的电荷量不能用q=it计
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2如图所示,匀强磁场B=0.1 T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s绕OO'轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求:
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(3)该交变电流的电动势有效值是多少?
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)感应电动势的瞬时值
e=NBSωsin ωt,
由题可知:S=ab·bc=0.2×0.5 m2=0.1 m2
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V,
所以e=314sin(100πt)V。
探究一
探究二
随堂检测
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,由T= 得T=0.02 s。
答案:BD
探究一
探究二
随堂检测
2.如图表示一交变电流随时间变化的图像,则此交变电流的有效值是( )
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
3.通过一阻值R=100 Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s。电阻两端电压的有效值为( )
答案:B
探究一
探究二
随堂检测
4.如图所示是一交变电流的i-t图像,则该交变电流的有效值为( )
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
5.如图所示,一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈匝数N=100,线圈电阻r=3 Ω,ab=cd=0.5 m,bc=ad=0.4 m,磁感应强度B=0.5 T,电阻R=311 Ω。当线圈以n=300 r/min的转速匀速转动时。
(1)求感应电动势的最大值。
(2)t=0时线圈在图示位置,写出此交变电流电动势瞬时值表达式。
(3)此电压表的示数是多少?
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)电动势的最大值为
Em=NBωS=NB·(2πn转)·(ab·bc)=314 V。
(2)电动势瞬时值的表达式为e=Emsin ωt=314sin(10πt) V。
答案:(1)314 V
(2)e=314sin(10πt) V
(3)220 V
必备知识
自我检测
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两次。
2.频率f
交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率。单位是Hz。频率越大,交变电流变化越快。
4.我国民用交变电流的周期和频率
(1)周期:T=0.02 s。
(2)频率:f=50 Hz。ω=100π rad/s,电流方向每秒钟改变100次。
必备知识
自我检测
二、峰值和有效值
1.峰值
(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。
2.有效值
(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)应用:①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值;一般交流电压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。
3.有效值与峰值的关系
必备知识
自我检测
三、正弦式交变电流的公式和图像
如果已知交变电流的周期T或频率f,又知道它的电压的有效值或
峰值,详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式:
(2)图像如图所示。
必备知识
自我检测
四、电感器和电容器对交变电流的作用
1.电感器对交变电流的阻碍作用
在直流电路中,当电压一定时,影响电流强弱的只是电阻;但把线圈接入交流电路时,除了线圈自身的电阻对交变电流有阻碍作用外,还有由于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。实验和理论分析都表明,线圈的自感系数越大、交流的频率越高,线圈的感抗就越大。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。
必备知识
自我检测
2.电容器对交变电流的阻碍作用
(1)直流不能通过电容器。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)电容器对交变电流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。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,电容器对交流的阻碍作用就越小,即容抗越小。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动形成的,则交变电流的周期也是线圈做圆周运动的周期。( )
解析:线圈转动一圈,交变电流变化一个周期。
答案:√
(2)我国提供市电的发电机转子的转速为3 000 r/min。( )
解析:市电的频率为50 Hz,即发电机转子每秒转动50转,每分转动
3 000转。
答案:√
(3)交变电流的周期越大,交变电流的变化就越快。( )
解析:交变电流的周期越小,交变电流的变化就越快。
答案:×
必备知识
自我检测
(4)交变电流的峰值可以用来表示电流的强弱或电压的高低。( )
解析:交变电流的峰值越大说明电流越强或电压越高。
答案:√
(5)有效值为10 V的交变电流和10 V的直流有区别。( )
解析:两者仅在电流的热效应方面是等效的。
答案:√
必备知识
自我检测
2.(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是( )
A.交流电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的最大值
B.用交流电表测定的读数是交变电流的瞬时值
C.给定的交变电流数值,在没有特别说明的情况下都是指有效值
D.在相同时间内通过同一电阻,跟交变电流有相同热效应的恒定电流的数值是交变电流的有效值
解析:交流电气设备上所标的电压值和电流值是交变电流的有效值,选项A错误;一般用交流电表测定的读数是交变电流的有效值,选项B错误;一般情况下交变电流的数值都是指有效值,选项C正确;根据有效值的定义知,选项D正确。
答案:CD
必备知识
自我检测
3.(多选)如图所示是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的( )
A.周期是0.01 s
B.最大值是311 V
C.有效值是220 V
D.表达式为u=220sin(100πt)V
答案:BC
探究一
探究二
随堂检测
有效值的理解与计算
情境探究
如图所示的电流i通过一个R=1 Ω的电阻。
1.它不是恒定电流,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?
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.对有效值的理解
(1)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。
(2)如果没有特别说明,交变电流的电压、电流以及用电器上标出的额定电压、额定电流,都是指其有效值。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。
探究一
探究二
随堂检测
2.有效值的两种计算方法
(1)特殊值法:若按正(余)弦规律变化的电流,可利用交变电流的有效
(2)定义法:当电流是非正弦式交变电流时,必须根据有效值的定义求解。
探究一
探究二
随堂检测
3.几种常见电流的有效值
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算,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。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1一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。
探究一
探究二
随堂检测
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。
答案:5 A
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成,则这种交变电流的有效值为( )
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
交变电流“四值”的对比和应用
情境探究
矩形线圈abcd在磁感应强度B=2 T的匀强磁场中绕轴OO'以角速度ω=10π rad/s匀速转动,线圈共10匝,电阻r=10 Ω,ab=0.3 m,bc=0.6 m。求:
(1)感应电流的最大值。
(2)感应电流的有效值。
(3)转动0.025 s时感应电流的瞬时值。
(4)从图示位置转动0.05 s感应电流的平均值。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
瞬时值、最大值、有效值、平均值之间的区别和联系
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻为1 Ω,外接电阻R为9 Ω,匀强磁场的磁感应强度为B= T,当线圈以300 r/min的转速匀速旋转时,则:
(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大?
(3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少?
(4)从中性面开始计时,经 s通过电阻R的电荷量
为多少?
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
探究一
探究二
随堂检测
规律方法(1)书写瞬时值表达式时需特别注意初始位置不一定是图中线框所在的位置,应以题中文字说明为准。
(2)由于电流大小不断变化,故某段时间内的电荷量不能用q=it计
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2如图所示,匀强磁场B=0.1 T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s绕OO'轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求:
(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
(3)该交变电流的电动势有效值是多少?
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)感应电动势的瞬时值
e=NBSωsin ωt,
由题可知:S=ab·bc=0.2×0.5 m2=0.1 m2
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V,
所以e=314sin(100πt)V。
探究一
探究二
随堂检测
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,由T= 得T=0.02 s。
答案:BD
探究一
探究二
随堂检测
2.如图表示一交变电流随时间变化的图像,则此交变电流的有效值是( )
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
3.通过一阻值R=100 Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s。电阻两端电压的有效值为( )
答案:B
探究一
探究二
随堂检测
4.如图所示是一交变电流的i-t图像,则该交变电流的有效值为( )
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
5.如图所示,一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈匝数N=100,线圈电阻r=3 Ω,ab=cd=0.5 m,bc=ad=0.4 m,磁感应强度B=0.5 T,电阻R=311 Ω。当线圈以n=300 r/min的转速匀速转动时。
(1)求感应电动势的最大值。
(2)t=0时线圈在图示位置,写出此交变电流电动势瞬时值表达式。
(3)此电压表的示数是多少?
探究一
探究二
随堂检测
解析:(1)电动势的最大值为
Em=NBωS=NB·(2πn转)·(ab·bc)=314 V。
(2)电动势瞬时值的表达式为e=Emsin ωt=314sin(10πt) V。
答案:(1)314 V
(2)e=314sin(10πt) V
(3)220 V