6.2 正弦交流电的基本物理量（课件）-《电工技术基础与技能》同步精品课堂（机工版·第3版）

项目6 单相正弦交流电路 6.2 正弦交流电的基本物理量 《电工技术基础与技能》（机械版·第3版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.牢记正弦交流电三要素定义，准确说出含义。 2.熟知有效值、平均值概念及二者转换关系。 能力目标 1.能依据波形图熟练计算交流电相关物理量。 2.学会通过实验探究有效值、平均值的差异。 情感目标 1.体会交流电知识与生活紧密联系，激发好奇。 2.在小组合作学习中培养团结协作交流精神。 项目6 单相正弦交流电路 导入情景 01 新知学习 02 一.正弦交流电的三要素 1.周期 T 正弦交流电按周期性变化，完成一次周期性变化所用时间称为一个周期，用T表示如图 6-9所示。周期的单位是s(秒)。 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的三要素 2.最大值Im 正弦交流电变化过程中所达到的极值称为最大值，又称为交流电的振幅，用Im、Um、Em表示。图6.9中，Im是电流的最大值。 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的三要素 3.频率f和角频率ω 【频率】正弦交流电在单位时间内完成周期性变化的次数，称为频率，用f表示，频率和周期互为倒数，即 【频率的单位】 频率的单位是 Hz(赫兹，简称赫)。比较高的频率用 kHz(千赫)或MHz(兆赫)作单位，其换算关系为 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的三要素 3.频率f和角频率ω 【角频率】正弦函数总是与一定的角度相对应，正弦交流电也是如此，当其变化一个周期时，电角度也变化了2mad(rad是角度单位，2mrad=360°)。因此，正弦交流电变化的快慢除了用频率表示外，还可以用角频率。来表示，角频率是交流电每秒所变化的电角度。角频率和周期、频率的关系为 【角频率的单位】角频率的单位是 rad/s(弧度/秒)或s-1(1/秒)。 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 4.初相角Φ0 正弦交流电是随时间连续变化的，一般没有一定的起点或终点。在分析过程中，为了研究方便，必须选择一个计算时间的起点。在图6-10中，当计时起点t=0时，正弦交流电已具有电角度Φ0，Φ0就称为正弦交流电的初相角。显然，初相角的选择与计时起点有关，如果选择正弦交流电从通过零值向正的方向增加的瞬间作为计算时间的起点，则Φ0=0。 新知学习 02 二.正弦交流电的有效值和平均值 1.正弦交流电的有效值 【有效值的定义】正弦交流电(以下简称交流电)是随时间变化的电量，不便于测量和计算。直流电是恒定电量，计算测量都很方便。人们应用电能的目的就是做功，于是就想出一个计算测量交流电的方法,从做功的角度进行等效:一个直流电流I和一个交流电流Im在相同的时间内(交流电的一个周期 T)，通过同一个电阻，如果做的功相等，这两个电流就是等效的，这个直流电流1就定义为这个交流电流i的有效值。图6-11是交流电有效值的定义图。 定义 新知学习 02 二.正弦交流电的有效值和平均值 1.正弦交流电的有效值 【有效值与最大值的关系】 根据有效值定义，又参照图 6-11，用电功表达式表示为 新知学习 02 二.正弦交流电的有效值和平均值 1.正弦交流电的有效值 【有效值与最大值的关系】 式(6-8)表明，一个1A的直流电流I，和一个最大值Im为1.414A 的交流电流i是等效的。因为任何一个正弦交流电，其最大值是不随时间变化的，是一个确定的值，所以用有效值表示交流电，便于测量。同理，可得交流电压和交流电动势的有效值与其最大值的关系为 新知学习 02 二.正弦交流电的有效值和平均值 1.正弦交流电的有效值 有了交流电的有效值，交流电的测量、计算及应用就方便多了。我们平常所说的交流电压 220V、380V等都是指的有效值。由于交流电的有效值是从做功的角度和直流电等效，因此，用交流电的有效值可以计算交流电路的功率、电能等。如果交流电路是一个电阻电路则在直流电路中学习的计算方法，都可以用于分析和计算交流电阻电路。需要说明的是:上述有效值的关系只适用于正弦交流电，非正弦交流电是不适用的。 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 2.正弦交流电的平均值 正弦交流电是对称于横轴的，在一个周期内其平均值为零。因此，一般所说的平均值是指半个周期内的平均值。根据计算分析，正弦交流电在半个周期内的平均值为 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 2.正弦交流电的平均值 正弦交流电的平均值是在交流电的半个周期内取的平均值，和有效值的定义有本质的区别，在数值上也不相等。平均值只能作为电路分析时的辅助量，不能用于功率等的计算。 注意！ 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 1.人们常说的交流电压220V是指交流电压的（ ） A. 最大值 B. 有效值 C. 瞬时值 D. 平均值 答案：B 解析：在实际生活中，我们通常所说的交流电压值如220V是指有效值，有效值是根据电流的热效应来规定的，让交流与直流在相同时间内通过相同阻值的电阻，如果它们在电阻上产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 2.正弦交流电的三要素是（ ） A. 最大值、有效值、初相 B. 最大值、角频率、初相 C. 有效值、角频率、初相 D. 最大值、频率、相位 答案：B 解析：正弦交流电的三要素分别是最大值、角频率和初相，它们可以唯一地确定一个正弦交流电的变化规律。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 3.在正弦量的波形图中，从坐标原点到最近一个正弦波的零点之间的距离称为（ ） A. 周期 B. 初相 C. 角频率 D. 相位 答案：B 解析：在正弦量的波形图中，从坐标原点到最近一个正弦波的零点之间的距离所对应的角度就是初相，如果零点在坐标原点右方，则初相为负值；若零点在坐标原点左方，初相为正值；若零点与坐标原点重合，初相为零。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 4.用交流电压表测得交流电压是220V，则此交流电压的最大值为（ ） A. 220V B. 311V C. 440V D. 110V 答案：B 解析：正弦交流电有效值与最大值的关系是Um=√2U，已知有效值U = 220V，则最大值Um = 220√2≈311V。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 5.一只额定电压为220V的白炽灯，可以接在最大值为311V的交流电源上。这种说法（ ） A. 正确 B. 错误 C. 不一定 D. 无法判断 答案：A 解析：因为正弦交流电的有效值为220V时，最大值为220√2≈311V，而白炽灯的额定电压是指有效值，所以可以接在最大值为311V的交流电源上，这种说法是正确的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 6.正弦交流电的平均值就是有效值。这种说法（ ） A. 正确 B. 错误 C. 不一定 D. 无法判断 答案：B 解析：正弦交流电的平均值和有效值是两个不同的概念，有效值是根据热效应来定义的，平均值是正弦交流电在一个周期内绝对值的平均值，二者数值一般不相等，所以这种说法是错误的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 7.若某正弦量在t =0时的瞬时值为正，则该正弦量的初相为正；反之为负。这种说法（ ） A. 正确 B. 错误 C. 不一定 D. 无法判断 答案：C 解析：正弦量在t = 0时的瞬时值为正，初相可能为正，也可能在0到2Π之间的其他值使得sinφ>0，所以不一定初相为正，这种说法是错误的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 8.一个电容器的耐压为250V，把它接入正弦交流电中使用，加在它两端的交流电压的有效值可以是（ ） A. 150V B. 180V C. 220V D. 都可以 答案：A 解析：正弦交流电的最大值是有效值的√2倍，当电容器接入正弦交流电时，其两端电压的最大值不能超过电容器的耐压值。所以有效值不能超过250/√2≈177V，故150V是可以的，180V和220V都超过了安全值。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 简答题： 1. 简述正弦交流电三要素及其含义。 答案：最大值：正弦交流电在一个周期内所能达到的最大数值，如电压最大值用、电流最大值用表示，它反映了交流电变化的幅度大小。 角频率：表示正弦交流电每秒所变化的电角度，单位是，用表示，它体现了交流电变化的快慢，与频率的关系为。 初相角：是指在计时起点时，正弦交流电所对应的电角度，用表示，它决定了交流电初始时刻的状态，计时起点改变，初相角也会改变。 解析：正弦交流电三要素是描述其特性的关键，最大值决定幅度，角频率关乎变化快慢，初相角确定初始状态，三者共同唯一确定一个正弦交流电。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 简答题： 2. 如何根据正弦交流电波形图确定初相角？ 答案：首先找到坐标原点，观察从坐标原点到最近一个正弦波零点（正弦函数值为的点）之间的距离。若零点在坐标原点右侧，初相角为负；若零点在坐标原点左侧，初相角为正，其绝对值大小等于该距离对应的电角度。当零点与坐标原点重合时，初相角为。 具体计算时，可根据波形图的时间轴或电角度轴刻度，测量出该距离对应的电角度数值，一般用弧度制表示，如、等。 解析：波形图是研究交流电直观工具，确定初相角方法基于正弦函数特性，掌握此有助于从波形读取交流电初始状态信息。 课堂小结 04 作业布置 05 1.绘制正弦交流电波形图并标注三要素。 2.计算给定正弦交流电的有效值与平均值。 3.简述有效值在交流电路中的应用及优势。 感谢观看 $$