3.2交变电流的描述 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

电容器对交流电的作用。这是两个电容量不同的电容器，电容器与灯泡串联后接入直流电路。闭合开关灯不亮。用一根绝缘导线把电容器短路，看到灯泡发光，这说明直流电不能通过电容器。换成交流电源。再闭合开关，灯亮，说明交流电能通过电容器。用一根绝缘导线把电容器短路，看到灯泡更亮，说明电容器对交流电有阻碍作用，这种阻碍作用称为容抗。 null容抗的大小与哪些因素有关呢？我们用实验来研究。在其他条件都不变的情况下，减小输入交流电的频率，看到灯明显变暗。而加大频率则亮度变亮，这说明容抗的大小跟交流电的频率有关。保持其他条件都不变，只是把电容为200微法的电容器。换成电容为二微法的电容器，看到灯的亮度明显变暗。结论是，容抗的大小跟电容量及交流电的频率有关，电容越大，交流电的频率越大，容抗就越小。 感抗的大小与哪些因素有关呢？我们用实验来研究，保持其他条件都不变，只是改变交流电的频率。我们看到，当频率变小时灯泡变亮，频率变大时灯泡变暗。这说明感抗的大小跟交流电的频率有关。在其他条件不变的情况下，抽取线圈中的铁芯，看到灯泡明显变亮，说明电感小，感抗也变小，再把铁心插上。而把线圈匝数由400匝减为一百匝。看到灯泡明显变化，这说明感抗变小。结论是，感抗的大小跟电感量及交流电的频率有关，电感越大，交流电的频率越大，感抗也越大。 3.2 交变电流的描述 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 问题导入 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 t 0 电压: 电动势: 电流: 从中性面开始计时， 物理雾里悟理 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 单位是秒（S） ２.频率： 交变电流一秒内完成周期性变化的次数 符号：f 单位是赫兹（Hz） ω=2πf （角频率或圆频率） e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt 瞬时值 物理雾里悟理 我国民用交变电流的周期和频率是多少？电流方向每秒钟改变多少次？ 答案　T=0.02 s，f=50 Hz，电流方向每秒改变100次。 物理雾里悟理 最大值（峰值）： Em Um Ｉm 　 e=Emsinωt i=Imsinωt u=umsinωt 交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。 Em ＝NωBS 峰值 Um ＝ Im R外 耐压值（最大值）电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿 二、峰值和有效值 纯电阻 物理雾里悟理 课本例题：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 解：（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 物理雾里悟理 交流电的热效果和直流电的热效果相同 我的电流是恒定的3A 我10分钟把水烧开 我10分钟也把水烧开！ 我的电流是变化的 我的电流 有效值也是3A 让交变电流与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，而这个恒定电流的电流与电压分别为 I、U，我们就把 I、U 叫 作这一交变电流的有效值。 二、峰值和有效值 物理雾里悟理 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． 理论计算表明，正（余）弦交流电的峰值与有效值有以下关系： 二、峰值和有效值 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 怎样求一般交流电的有效值？ 物理雾里悟理 1、电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接, R1=10 Ω,R2=20 Ω。合上开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.通过R1的电流有效值是1.2 A B.R1两端的电压有效值是6 V 答案:B 你能行！！ 物理雾里悟理 2、如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。 你能行！！ 物理雾里悟理 3、如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。 你能行！！ 物理雾里悟理 四值比较 1．最大值——如电容器的耐压值； 2．瞬时值——启辉值、偏转值； 3．有效值—— 4．平均值—— （１）交流电器上名牌标称 （２）交流电表的读数 （３）熔断器的熔断电流 （４）电功和电热的求取 （１）只能用 （２）数值上也等于图线与ｔ轴包围的面积与ｔ的比值 （３）通过导体的电荷量必须用平均值 电容 耐压值（最大值） 220V 物理雾里悟理 详细描述交变电流 公式 图像 三、正弦式交变电流的公式和图像 i=Imsin(ωt+θ) t i 相位: 线圈t时刻与某个面的角度 (ωt+θ) 初相位θ： 线圈在t=0的角度 相位差:φ1-φ2 物理雾里悟理 站立式讨论1：直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同。灯泡和电感器均相同。接交流电和直流电，灯泡的亮度是否相同？接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？ L S E 图甲： 电感器对直流电作用 图乙： 电感器对交流电作用 L S u 操作1: 线圈 L 串联灯泡后接到直流电源 操作2: 用导线将线圈 L 短路 现 象 : 灯泡亮度基本不变化。实验说明什么 ? 操作1: 线圈 L 串联灯泡后接到交流电源 操作2: 用导线将线圈 L 短路 现 象 : 灯泡亮度变亮。实验说明什么 ? 拓展1、电感器对交变电流的阻碍作用 物理雾里悟理 结论：电感器（扼流圈）对直流电几乎无影响，对交流电有阻碍作用。 影响感抗大小的因素有哪些呢？ 1. 感抗：电感线圈对交变电流的阻碍作用。用字母X L 表示，单位是 欧 ( Ω )。 2. 意义：描述电感器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。 L S u 拓展1、电感器对交变电流的阻碍作用 线圈的自感系数 L 交变电流的频率 f L 越大，f 越高，XL 越大 即：XL = 2πƒL 通直流，阻交流， 通低频，阻高频。 阻碍的原因 电感器有自感作用，自感电动势越大阻碍作用就越大 电感器特点： 物理雾里悟理 站立式讨论2：把小灯泡和电容器串联在电路中，分别接在交流电和直流电上，灯泡的亮度是否相同？接直流电时，有电容器和无电容器时灯泡的亮度是否相同？ 操作1: 电容器 C 串联灯泡后接到直流电源 操作2: 用导线将电容器 C 短路 现 象: 灯泡由不亮变为亮。实验说明什么 ? 操作1: 电容器 C 串联灯泡后接到交流电源 操作2: 用导线将电容器 C 短路 现 象: 灯泡都在亮。实验说明什么 ? 图甲： 电容器对直流电作用 C S E 图乙： 电容器对交流电作用 C S u 拓展2、电容器对交变电流的“阻碍”作用 物理雾里悟理 结论：直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器 1. 容抗：电容器对交变电流的阻碍作用。用字母XC 表示，单位是 欧 ( Ω )。 2. 意义：描述电容器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。 影响容抗大小的因素有哪些呢？ C S u 拓展2、电容器对交变电流的“阻碍”作用 电容器的电容 C 交变电流的频率 f C 越大，f 越高，XC 越小 即： 通交流，隔直流， 通高频，阻低频。 电容器特点： 5μF 20μF 23μF 物理雾里悟理 4、如图4所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V、50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是(　 　) A.改接220 V、100 Hz的交流电源时， A灯变亮，B灯变暗，C灯不变 B.改接220 V、100 Hz的交流电源时， A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮 C.改接220 V的直流电源时， A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变 D.改接220 V的直流电源时， A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗 AC 你能行！！ 物理雾里悟理 课堂总结 拓展：电感器和电容器对交变电流的作用 1.周期： 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 符号：T 单位是秒（S） 2.频率： 交变电流一秒内完成周期性变化的次数 符号：f 单位是赫兹（Hz） 3.周期与频率的关系： W=2πf 4.峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值 5.有效值：能量的直流等效 6.有效值与峰值的关系： 7.正弦式交变电流的公式和图像 物理雾里悟理 解析:从题图乙可以看出,该交变电流的电流最大值为0.6 A,有效值为I==0.6 A,A、C错误;R1两端电压有效值为U1=IR1=6 V,B正确;R2两端电压最大值为Um=ImR2=0.6×20 V=12 V,D错误。 C.通过R2的电流最大值是1.2 A D.R2两端的电压最大值是6 V Nero AAC codec / 1.3.3.0 mp4creator 1.5.0.1 Nero AAC codec / 1.3.3.0 mp4creator 1.5.0.1 Nero AAC codec / 1.3.3.0 mp4creator 1.5.0.1 Lavf58.29.100 $$电感器对交流电的阻碍作用。这是一个带铁芯的电感线圈，这是信号发生器。首先把电感线圈与小灯泡串联后接入直流电路，闭合开关，灯泡点亮。用一根带绝缘皮的导线把线圈两端短路，看到灯泡亮度只有轻微的变化，说明在恒定电流电路中，电感线圈对电流的阻碍作用很小，这是因为线圈的电阻很小。换成交流电源，闭合开关，使灯泡发光。也用绝缘导线把线圈两端短路，看到灯泡亮度明显变亮，说明线圈对交流电存在阻碍作用，这种阻碍作用称为感抗。 null