3.2 交变电流的描述 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流 第2节 交变电流的描述 新教材人教版 物理（高中选择性必修第二册） 第一课时 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？ i O 2 4 6 t/s 8 i O 2 4 6 t/s 8 课堂引入 1.周期： 2.频率: 交变电流完成一次周期性变化所需的时间。 交变电流一秒内完成周期性变化的次数。 3.关系： 符号是T 单位为s 符号是f 单位为Hz 一、周期和频率—自主学习 例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 例．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则（　　）A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面垂直 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V C 二、峰值和有效值 Em、Im 、Um分别称为电动势、电流和电压的峰值（peak value），分别表示交流电在一个周期内电动势、电流和电压所达到的最大值。 峰值 Um ＝ Im R外 Em ＝NωBS 6 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。 我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？ 二、峰值和有效值—峰值的应用 如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流是交流电流。 （1）怎样计算通过 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 （2）Q直=Q交 带入数据得： 二、峰值和有效值—有效值 有效值：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 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 等 效 注意：在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 交流电流表和电压表读数 保险丝熔断电流 用电器工作电压、电流 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 理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系： 二、峰值和有效值—有效值 正弦式交变电流的有效值与峰值的关系： 例1：阻值相等的甲、乙两电阻分别接到图（a）和（b）所示的方波交变电压、正弦式交变电压电路中，两种电压的周期和峰值都相等。求两电阻的电功率之比。 正弦式和非正弦式交变电流有效值计算举例 图（a）为方波交变电压，由有效值定义可知： = ，即有效值Ua= 图（b）为正弦式交变电压，有效值 =2：1 12 例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? 根据有效值的定义可得： 解得I=5A，该电流表得示数为5A。 13 例3：家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现的， 由截去部分的多少来调节电压，从而调节灯光的亮度。某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示，若用交流电压表测灯泡两端的电压，其示数是多少？ 由图可知：Um=220V，该电压0～ 时间内为正弦波形， ～T时间内电压为零. 根据有效值的定义：， 解得U效=110V. 因为交流电压表的示数为有效值，则其示数为110V. 14 例4．如图所示，线圈面积为S，匝数为N，线圈的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表A和二极