3.2 交变电流的描述 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第三章 交变电流 授课人：万物之理 第二节 交变电流描述 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？ 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或频率表示其变化的快慢。 线圈转动一周，电压、电流都发生一次周期性变化。我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作它的周期，通常用T表示，单位是秒。 交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。频率通常用f表示，单位是赫兹。 若，其中，同时根据三者关系可以把上式改写为：或者 T=0.02s f=50 交变电流的峰值或可以用来表示电流的强弱或电压的高低。例如，把电容器接在交流电路中，就需要知道电压的峰值。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。 思考：交变电流的大小和方向随着时间做周期性变化，如果将一个电阻为R的纯电阻接入交变电流，如何计算一段时间内该电阻产生的焦耳热呢？或者如何计算热功率呢？ 思考：交变电流的大小和方向随着时间做周期性变化的，如果将一个电阻为R的纯电阻接入交变电流，如何计算一段时间内该电阻产生的焦耳热呢？或者如何计算热功率呢？ 可以用等效替代思想方法：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（effective value） 计算可得，图 3.2-2 所示的电流通过 1 Ω 的电阻时，在 1 s 内产生的热量为 2.8 J，相当于一个电流为 1.67 A 的恒定电流通过这个电阻时，在 1 s 内产生的热量。因此，图 3.2-2 所示的交变电流的有效值是 1.67 A。 关于有效值的几点说明： 1、从有效值的定义看，“有效”指的是电流热效应的等效。 2、理论计算表明，正弦式交变电流的有效值 I、U 与峰值、 之间有如下关系：， （只适用于正弦式电流） 3、人们通常说家庭电路的电压是 220 V，是指有效值。使用交流的电气设备上，标出的额定电压和额定电流都是有效值，一般交流电压表测量的数值也是有效值。熔断保险丝的电流也是有效值。以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值。 4、峰值和有效值要视情况而应用，对于纯电阻电路来说，峰值的意义不大，在计算其平均功率应该用有效值计算。但是对于电容器则需要考虑峰值。 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（图 3.2-3）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。如果已知一交变电流的周期 T 或频率 f，又知道它的电压的有效值或峰值，那么可以对第 1 节中的（2）式作进一步表达。 由（2）式 ，可得 = 1. 我国电网中交变电流的周期是 0.02 s，1 s内电流的方向发生多少次变化？ 2. 一个电容器，当它的两个极板间的电压超过 10 V 时，其间的电介质就可能被破坏而不再绝缘，这个现象叫作电介质的击穿，这个击穿电压叫作这个电容器的耐压值。能否把这个电容器接在正弦式交流电压是 9 V 的电路两端？为什么？ 3. 一 个 灯 泡， 上 面 写 着“220 V 40 W”。当它接在正弦式交流电源上正常工作时，通过灯丝电流的峰值是多少？ 4. 图 3.2-7 是一个正弦式交变电流的波形 图。根据 i-t 图像求出它的周期、频率、电流的峰值、电流的有效值。 5. 有一个电热器，工作时的电阻为 50 Ω，接在电压 u 为 的交流电源上，其中为 311 V，ω 为 100 。该电热器消耗的功率是多大？ 6. 有 A、B、C 三条导线，它们与大地之间 的电压随时间变化的规律如图 3.2-8 所示。这三个电压中，它们的峰值有什么关系？它们的周期有什么关系？ 7. 电流 i 随时间t变化的关系如图3.2-9所示， 该电流的有效值是多少？ 课堂总结 交变电流的描述 周期和频率 正弦式交变电流的公式和图像 峰值和有效值 定义 相互关系 $