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 2、交变电流的描述 知识回顾 1、什么是交变电流（AC）？ 2、什么是中性面、有哪些特点？ 3、如何产生正弦式交变电流？ 4、如何描述正弦式交变电流的变化规律？ 瞬时电动势：e=Emsinωt 瞬时电流： i=Imsinωt 瞬时电压： u=Umsinωt 峰值：Em=NBSω 一、周期和频率 3. 关系： 1. 周期（T）：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一圈)所需的时间。国际单位是 s． 2. 频率（f）：1s内交变电流完成周期性变化的次数。单位是 Hz． 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）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 （5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？ 二、峰值、瞬时值、有效值和平均值 1、峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。 电动势峰值：Em=NBSω 电容器上的标称电压值（又叫耐压值或击穿电压）是电容器两极间所允许电压的峰值，超过该值就有被击穿的危险。 2、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向 若从中性面开始计时，正弦交流瞬时值表达式为： 下图是通过 R=1 Ω的电阻的电流随时间变化的曲线，这个电流不是恒定电流。 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，这个电流 I 是多大？ 【思考与讨论】 3、有效值 　　甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同．若恒定直流I=3A的电源用10分钟把水烧开，交流电也用10分钟把水烧开.说明了什么？ 恒定直流I=3A的电流和这个交流通过相同的电阻，在相同的时间内产生的热量相等，这时我们就把恒定直流电流的数值（I=3A）叫做这个交流电流的有效值。 (1)定义:让交流电和恒定直流电通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。（是一种等效思维，是电流热效应的等效） (3)理解： ①. 求有效值三同：同一电阻、相同时间（一个周期）、相同热量。 ②. 计算W、Q、P及电表读数、保险丝熔断电流时，使用有效值。 3、有效值 （2）意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。 ③. 理论计算表明，正弦式交变电流的最大值为有效值的　 倍。 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 交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值 交流电压表、电流表测量的数值是指有效值 解析 例1、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值为(　　) B A. 5 A B.5 A C. 3.5 A D.3.5A 解得I＝5 A. 根据有效值的定义可得， 例2.如图表示交流的电流随时间变化的图像,求它们电流的有效值。 例3.小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示。该阻值为r=4 Ω的线圈与一个R＝6 Ω的电阻构成闭合电路。 （1）交变电流的周期和频率？ （2）交变电流的电动势的最大值和有效值？ （3）感应电动势的瞬时值表达式？ （4）若改变交流电源的频率，保持其峰值不变，其电动势的有效值是否改变？ （5）交流电流表、电压表的示数？ （6）电阻的热功率？ 不变 或 平均电动势： 平均电流： 经过导体某截面电荷量： 计算电荷量用平均值 4、平均值 项目 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 某一时刻的值 计算线圈某一时刻的受力（安培力）情况 最大值 最大的瞬时值 确定电容器的耐压值或击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的 恒定电流值、电压值 正弦式交变电流 (1)电流热效应相关量(如功、功率、热量) (2)交流电表（电压表、电流表）的测量值 (3)电气设备铭牌标注额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间比值 (1)某段时间内产生的平均感应电动势 (2)某段时间内产生感应电流的平均值 (3)某段时间内通过横截面的电荷量 交变电流四值比较 例4：在水平方向的匀强磁场中，有一个正方形线框绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为100匝，面积为1m2电阻为10欧姆，磁感应强度为0.5T求在线圈由中性面转过与中性面成90°的过程中，通过线圈横截面得电量？ 例5：如图，交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，线圈匝数N＝100，电阻r＝1 Ω，线圈在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以ω＝100π rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R＝9 Ω，以图示时刻开始计时，则 (1)感应电动势的最大值 (2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势 (3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势 (4)由图示位置转过60°的过程中通过电阻R的电荷量 (5)交流电压表的示数 (6)线圈转动一周产生的总热量 三、判断 ×　 ×　 ×　 ×　 √　 √　 四、容抗和感抗 电路的三大基本元件 电阻器（R）：限流的元件 电容器( C )：容纳电荷的元件 电感器( L )：将电能转化为磁场能而存储起来的元件 电阻器、电容器和电感器对直流、交流电有何作用？ 三 电感器和电容器对交变电流的作用 A灯比B灯亮 自感形成对电流阻碍的作用 1.感抗： L ~ u S B L E S A 现象： 结论： 原因： 电感器“通直流阻交流” 实验 电感器对交流电的阻碍作用 线圈自感系数越大，交流频率越高，感抗越大 实验 E S A ~ u S B A灯不亮B灯亮 交变电压不断变化，电容器不断充电放电 现象： 结论： 原因： 电容器“通交流隔直流” 2.容抗： 电容器对交流电的阻碍作用 电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小。 1.电阻对直/交流的作用： 2.电感对交变电流的作用 : 低频扼流圈（L大）: 通直流，阻交流 高频扼流圈（L 小）: 通低频，阻高频 3.电容对交变电流的作用 : 隔直电容（C 大）: 隔直流,通交流 高频旁路电容（C 小）: 通高频，阻低频 三 电感器和电容器对交变电流的作用 Q1=R·, Q2=R·, Q交=Q1+Q2=RT。 RT=I2RT,得I=I0, 『判一判』 (1)保险丝的额定电流、电容器的耐压值是交变电流的有效值。 (　　) (2)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的峰值。 (　　) (3)任何形式的交流电压的有效值都是U＝eq \f(Um,\r(2)) (　　) (4)用交流电流表测交变电流时，指针来回摆动。 (　　) (5)两个频率相同的交变电流相位差是π时，它们变化步调始终相反。 (　　) (6)两个频率相同的交变电流相位差是2π时，它们变化步调始终相同。 (　　) $