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

第三章 第二节 交变电流的描述 高中物理选择性必修第二册 问题引入 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？ 周期和频率 交变电流与振动和波一样具有周期性，与任何周期性过程一样，交变电流也可以用周期和频率表示其变化快慢。 交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫做周期，单位是秒（s)。 一、周期 二、频率 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，叫做它的频率，数值上等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz)。 周期和频率 一交变电流的电压随时间的变化图像如图所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？ 我国生产生活用电为交流电： 峰值和有效值 1.交变电流的电动势（Em)、电压(Um)和电流(Im)的最大值称为峰值，用来表示电压的高低和电路的强弱。 电容器上标注的电压为耐压值，接到电路中要高于交流电压的峰值，否则的话就可能被击穿。 峰值和有效值 如图所示通过一个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）怎样计算通电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，这个电流是大？ 解析： 1.在1s内： 2.在1s内： 峰值和有效值 2.让交变电流与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I与电压U分别叫做这个交变电流的电流与电压的有效值。 3.计算非正弦式交流电的有效值时要抓住“三同”：即“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，列式求解时注意时间至少取一个周期或为周期的整数倍。 峰值和有效值 3.理论计算表明，正弦式交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系为： 我们常说的家庭电路的电压220V，是指的有效值。 峰值和有效值 练一练：计算如图所示的交变电流的有效值。 峰值和有效值 4.实际生活中的有效值： ① 交流用电器标牌上的额定电压和额定电流； ② 交流电流表和电压表测量的数值； 峰值和有效值 ③ 计算交流电所做的功和产生的电热； 4.实际生活中的有效值： ④ 保险丝的熔断电流； 正弦式交变电流的公式和图像 我们已经知道，可以用交变电流的周期和频率来描述电流（或电压）的变化快慢，用峰值来描述变化过程中的最大值。 如果要详细描述交变电流的情况可以用公式和图像两种方式，这两种描述可以全面记录和反映电流（或电压）每个时刻的情况。 交变电流的“四值” ① 最大值：讨论电容器的耐压值 ② 有效值：标牌额定值、计算电功电热、电表读书、熔断电流 ③ 瞬时值：计算线圈在某时刻的位置 ④ 平均值：计算通过导体横截面积的电荷量 电感线圈对交变电流的作用 我们知道，电阻会对直流起阻碍作用，同样，电阻对交流也会起阻碍作用。由于交流的大小和方向时刻在做周期性变化，因此当一个线圈接入交流时，就会产生电磁感应现象，这种现象会对交流起什么作用呢？ 电感线圈对交变电流的作用 电感线圈对交变电流的作用 实验结论：当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。线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。扼流圈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。 扼流圈 口诀： 通直流、阻交流；通低频、阻高频。 电容器对交变电流的作用 如果把电容器接到交变电流的电路中，会出现什么现象呢？把小灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上（甲图），再把它们接到交流电源上（乙图），分别观察小灯泡的发光情况 电容器对交变电流的作用 电容器对交变电流的作用 实验结论：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，而电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。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。 口诀： 通交流、隔直流；通高频、阻低频。 练习与应用 1．两个完全相同的电热器，分别通以如图甲、乙所示的交变电流，在一段相同且较长时间内，它们的发热量之比为Q1∶Q2＝4∶1，则I1∶I2等于（　　） A．4∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．1∶1 A 练习与应用 2.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0Ω，外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则（　　） A．0.01s时穿过线圈的磁通量等于0 B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J D 练习与应用 3．如图甲所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为n、面积为S、总电阻为r的矩形线圈abcd绕轴OO′做角速度为ω的匀速转动，矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路，回路中接有一理想交流电流表，图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像，正确的是（　　 ） A．从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量 变化量为2nBS B．从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量 为 C．t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为nBSω D．电流表的示数为 D 练习与应用 4.（多选）如图所示，线圈ABCD匝数n＝10，面积S＝0.4m2，边界MN(与线圈的AB边重合)右侧存在磁感应强度 T的匀强磁场。若线圈从图示位置开始绕AB边以ω＝10πrad/s的角速度匀速转动，则以下说法正确的是(　 　) A．线圈产生的是正弦交流电 B．线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为80 V C．线圈转动  s时瞬时感应电动势为40 V D．线圈产生的感应电动势的有效值为40 V BD $$