3.2交变电流的描述（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

2.交变电流的描述 第三章 交变电流 人教版选择性必修第二册 导入新课 正弦交流电的变化规律： 瞬时电动势 瞬时电流 瞬时电压 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？ 温故而知新 学习目标 物理观念 知道交变电流周期、频率、角速度的含义及三者之间的关系；知道峰值和有效值的含义及二者之间的关系。 科学思维 能根据交变电流的公式和图像识别周期、峰值 ，以及用周期等物理量通过函数表达式和图像描述交变电流。 科学探究 会根据电流的热效应推导交变电流的有效值，推导在正弦式交流电中，峰值和有效值的关系。 科学态度 与责任 认识交变电流的图像，并根据图像解决具体问题。学习利用数学公式和图像描述物理现象。 重点难点 重点 1. 交变电流周期、频率、角速度的含义及三者之间的关系。 2. 能根据交变电流的公式和图像识别周期、峰值和角速度的大小。 难点 根据电流的热效应推导交变电流的有效值，推导在正弦式交流电中，峰值和有效值的关系。 1. 周期和频率 2. 峰值和有效值 3. 正弦式交变电流的公式和图像 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第1节 交变电流的描述 一、周期和频率 第2节 交变电流的描述 一、周期和频率 仔细观察下图中的交变电流变化规律，他们有什么异同？ e O 2 4 6 t/s 8 e O 2 4 6 t/s 8 交变电流的变化快慢情况不一样。 我们如何描述电流变化的快慢呢？ T T 一、周期和频率 1. 周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做交变电流的周期，通常用 T 表示，单位（s）。 2. 频率f：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。通常用 f 表示，单位是赫兹（Hz）。 4. 周期、频率和角速度的关系： 3. 角频率ω：线圈在磁场中转动的角速度，单位（rad/s）。 5.转速：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数，用n表示，单位是转每秒（r/s）。n= f 一、周期和频率 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 一、周期和频率 6.我国生产和生活所用交流电： （1）周期：T=0.02s （2）频率：f=50Hz （3）角速度：ω=100π rad/s （4）在1s内电流的方向变化100次 二、峰值和有效值 第2节 交变电流的描述 二、峰值和有效值 1.瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向。 　 规律 物理量　 从中性面开始计时 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt＝NBSω sin ωt 电压 u＝Umsin ωt＝ sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝ sin ωt 二、峰值和有效值 2. 交变电流峰值（Em、Im、Um）：指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。表示交变电流的强弱或电压的高低。 e=Emsinωt i=Imsinωt u=Umsinωt Em ＝NBSω 峰值 Um ＝ Im R外 我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？是最大值吗? 耐压值（最大值) 电容 二、峰值和有效值 思考与讨论：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1 S内产生同样的热量，这个电流是大？ -2 1 2 i/A t/s -1 0 0.5 1 (1)0-0.2s内电路中产生的热量：Q1=12×1×0.2=0.2J 0.2-0.5s内电路中产生的热量：Q2=22×1×0.3=1.2J 0.5-0.8s内电路中产生的热量：Q3=22×1×0.3=1.2J 0.8s-1s内电路中产生的热量：Q4=12×1×0.2=0.2J 1s内电阻R中产生的总热量：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=2.8J 二、峰值和有效值 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。 等效替代法 相同电阻 相同时间 相同热量 恒定电流 交流 R R ~ 从有效值的定义看，“有效”指的是电流热效应的等效。 二、峰值和有效值 正弦交变电流的峰值为有效值的　　倍。 上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。 t/s u/V 0 Um -Um 0.02 0.04 怎样求一般交流电的有效值？ 二、峰值和有效值 交流 恒定电流Ｉ、Ｕ 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Ｉ、Ｕ Q交=Q直 相同电阻 相同时间 相同热量 二、峰值和有效值 （2）实际生活中遇到的有效值 电流表读数 电压表读数 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 二、峰值和有效值 B、求通过某导体截面的电量一定要用平均值 注意：峰值（最大值）、有效值、 平均值在应用上的区别 A、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值 4.平均值：交变电流图像中图线与时间轴所夹“面积”与时间的比值。 平均电动势： 平均电流： 电荷量： 计算电荷量用平均值 二、峰值和有效值 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 最大值 有效值 平均值 交变电流某一时刻的值 e＝Emsin ωt u＝Umsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 最大的瞬时值 Em＝NBSω 电容器的击穿电压 交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 (1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量)等 计算通过电路横截面的电荷量 对正(余)弦交流电 i＝Imsin ωt (2)电气设备“铭牌”上所标值 (3)保险丝的熔断电流 (4)交流电流表、电压表的示数 交流电四值的比较 二、峰值和有效值 A 例2 三、正弦式交变电流的公式和图像 第2节 交变电流的描述 三、正弦式交变电流的公式和图像 我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？ 正弦式交变电流的 u-t 图像描述的是交变电压随时间变化的规律。可以全面记录和反映电流（或电压）每个时刻的情况。 正弦式交变电流 u-t 图像 1. 正弦式交变电流的 u-t 图像 2. 正弦式交变电流的表达式 , 三、正弦式交变电流的公式和图像 写出以下两种情况下交流电的表达式 思考： 从数学公式或图像上可以获得哪些信息？ 电压（电流）的峰值（有效值）、任意时刻的瞬时值，以及周期（频率、角速度、转速） 三、正弦式交变电流的公式和图像 例3.一正弦式交变电压随时间变化的规律如图所示，由图可知( ) A.该交变电压的有效值为100V B.该交变电压的频率为25Hz C.该交变电压瞬时值的表达式为 D.若将该交变电压加在阻值为100Ω的电阻两端，该电阻消耗的功率为100W B 三、正弦式交变电流的公式和图像 电容器( C )： 容纳电荷的元件 电阻器（R）： 限流的元件 电感器( L )：将电能转化为 磁场能而存储起来的元件 拓展：电感器和电容器对交变电流的作用 电阻器、电容器和电感器对直流、交流电有何作用？ 拓展学习 三、正弦式交变电流的公式和图像 拓展学习 电感器和电容器对交变电流的作用 1.电感器对交变电流的作用 ①实验表明电感对交变电流有阻碍作用。 ②感抗：电感对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用XL表示。 ③成因：由于交变电流是不断变化的，所以在电感上产生自感电动势，自感电动势是阻碍电流变化的。 演示视频 实验和理论分析都表明，线圈的自感越大、交流的频率越高，线圈的感抗就越大。 通直流、阻交流、通低频、阻高频 L ~ u S B L E S A 三、正弦式交变电流的公式和图像 2. 电感对交流的阻碍作用的应用——扼流圈 扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它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。 线圈绕在铁芯上,匝数多，感抗大 通直流、阻交流 线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小 通低频、通直流，阻高频 高频扼流圈 低频扼流圈 构造 作用 三、正弦式交变电流的公式和图像 3. 电容器对交变电流的作用 演示视频 ①实验表明电容器对交流有阻碍作用。 ②容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示。 ③成因：交变电压不断变化，电容器不断充电放电。 实验和理论分析都表明，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。 隔直流、阻交流、通高频、阻低频 E S A ~ u S B 四、课堂总结 第2节 交变电流的描述 四、课堂总结 交变电流完成一次周期性变化所需的时间T 峰值和有效值之间的关系 周期的倒数叫作频率f 峰值和有效值 交变电流的描述 周期和频率 峰值：一个周期内所能达到的最大值 电感器和电容器对交变电流的作用 正弦式交变电流的公式和图像 五、练习与应用 第2节 交变电流的描述 五、练习与应用 1．某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt（V），对此电动势，下列表述正确的是（ ）　 A．最大值是50V　　　 B．频率是100Hz C．有效值是25V D．周期是0.02s CD 2．如图所示是一交变电流的图像，则该交变电流的有效值为（ ）　 A．4A B．2A C．A D．A D 五、练习与应用 3.如图所示为四种电流随时间变化的图像，其中图②③中每段曲线均为余弦或正弦曲线的一部分，电流的最大值均为 ，下列说法正确的是( ) A.图①②所示电流的有效值相等 B.图②③所示电流变化周期相等 C.图①所示电流的有效值是图③的2倍 D.图④所示电流的有效值等于图③所示电流的有效值 A 五、练习与应用 4.矩形金属线圈绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电流i随时间t变化的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A.此交变电流的周期为0.03s B.此交变电流的频率为100Hz C.此交变电流的最大值为0.4A D.此交变电流的有效值为0.4A C 五、练习与应用 5.如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO ΄匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想交流电流表A和二极管D，二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是（ ） A．图示位置电路中的电流为0 B．R两端电压的有效值 C．交流电流表的示数 D．一个周期内通过R的电荷量　　 ACD 五、练习与应用 eq \f(Em,R＋r) eq \f(REm,R＋r) 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 Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 $