3.2正弦交变电流的描述 课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

正弦交变电流的描述 正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 ，最大 电流为零，方向改变 电流最大，方向不变 复 习 回 顾 从中性面开始计时 (1)瞬时电动势e随时间变化的规律： (2)负载电压u随时间变化的规律： (3)电流i随时间变化的规律： 正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？ 思考与讨论： 一、周期和频率 线圈转动一周 电压、电流都发生一次周期性变化 1.周期： 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 符号：T 单位：秒（S） 2.频率： 交变电流一秒内完成周期性变化的次数 符号：f 单位：赫兹（Hz） ω=2πf e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt 例题1：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 二、峰值和有效值 1、峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。 电动势峰值：Em=NBSω t/s u/V 0 Um -Um 0.02 0.04 注意：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。 电容 耐压值（最大值) 2、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向 若从中性面开始计时，正弦交流瞬时值表达式为： 正弦交流电的电动势、电流随时间变化。 既然正弦式交变电压（电流）的瞬时值是在变化的，那么用电压表（电流表）测量的大小是什么值呢？ 思考： 如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。 (1)怎样计算通过1S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1S内产生同样的热量，这个电流是多大？ 在0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则 1、在0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则 故1s内产生的总热量： Q交=2（Q1+Q2）=2.8J 思考： 如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。 (1)怎样计算通过1S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1S内产生同样的热量，这个电流是多大？ 2、Q直=Q交 带入数据得： 3、有效值： 让交流和恒定电流分别通过大小相同电阻，如果在相同时间（一个周期内）它们产生的热量相等，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。 R R ~ 从有效值的定义看，“有效”指的是电流热效应的等效。 等 效 （三同） 理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系： 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来定义的．交变电流和恒定电流是一种等效替代关系． (2)注意“三同”：电阻相同，时间相同，产生的热量相同． 正弦交流电有效值与峰值的关系 怎样求一般交流电的有效值？ 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 Q交=Q直 解析： 【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=（I12Rt1+I22Rt2）从图中把数据代入，则有 所以50R=I2Rt，解得I=5A 根据有效值的定义：有Q直=Q交 A.5 A　　B.5 A C.10 A D.A 【例题3】如图所示为一交变电流的i­-t图象，则此交变电流的有效值为(　　) D 4、有效值的应用 交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值 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 交流电压表、电流表测量的数值是指有效值 平均电动势： 平均电流： 电荷量： 计算电荷量用平均值 5、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