量课件教科版选修3_2.ppt

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1、2 描述交流电的物理量,第二章 交变电流,学习目标 1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系. 2.能理解电流的有效值，知道有效值是与热效应有关的量. 3.掌握交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、周期和频率 1.周期(T)：交变电流作一次 变化所需的时间. 2.频率(f)：交变电流在1 s内完成 的次数.3.T 或f .,周期性,周期性变化,二、峰值和有效值 1.峰值：交变电流的电压、电流能达到的 叫峰值. 2.有效值：让交变电流与恒定电流分别通过

2、的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的 相等，则此恒定电流的数值叫做交变电流的有效值. 3.在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系E Em，U Um，I Im.,最大值,大小相同,热量,0.707,0.707,0.707,即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)正弦式交变电流的正负两部分是对称的，所以有效值为零.( ) (2)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值.( ) (3)一个正弦式交变电流的峰值同周期、频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的.( ) (4)交流电路中，电压表、电流表的测量值都是有效值.( ),答案,答案,2.我国电网中交流电的频率为50 Hz，则我国

3、提供市电的发电机转子的转速为 r/min.,3 000,重点探究,导学探究 如图1所示，交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？,一、周期和频率,答案,图1,答案 完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化.,知识深化 交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度或转速n有关.(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为T ，2f2n.,解析 由题图知T0.2 s，故f 5 Hz，即1 s内完成5个周期，线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，故A错误，B、D正确； 在t0.1 s时，e0，所以线圈平面与磁场方向垂直，故C错误.,例1 (多选)矩形

4、金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图2所示.下列说法中正确的是 A.此交变电流的频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1 s内线圈转5圈,图2,答案,解析,答案 QI12Rt1I22Rt24210.5 J2210.5 J10 J.,导学探究 1.图3是通过一个R1 的电阻的电流i随时间t变化的图像.,(1)试计算1 s内电阻R中产生的热量.,二、峰值和有效值,图3,答案,答案 根据交变电流有效值的定义可得QI2Rt，,(2)如果有一个大小、方向都不变的恒定电流

5、通过这个电阻R，也能在1 s 内产生同样的热量，这个电流是多大？,答案,答案 小灯泡不会被烧坏，交流电压的瞬时值表达式u6 sin (100t) V中6 V是峰值，其有效值为6 V，而标有“6 V 2 W”的小灯泡中的6 V是有效值.电容器会被击穿.,2.某交流电压的瞬时值表达式u6 sin (100t) V，把标有“6 V 2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？,答案,知识深化 1.峰值和有效值的应用 (1)电容器所能承受的电压应高于交流电的峰值，否则电容器可能被击穿. (2)电气设备铭牌上标注的额定电压、额定电流都是有效值.交流电压表和交流

6、电流表测量的也是有效值. (3)保险丝的熔断电流为有效值.,2.有效值的计算 (1)对于正弦式交变电流，可先根据EmnBS求出峰值，然后根据E 求出其有效值. (2)当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解.先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即QI2RT或Q ，最后代入数据求解有效值.,例2 (多选)下列关于交流电的说法中正确的是 A.交流电气设备的铭牌上所标的电压值和电流值是交流电的峰值 B.用交流电流表和交流电压表测定的读数值是交流电的瞬时值 C.给定的交流数值，在没有特别说明的情况下是指有效值 D.跟交变电流有相同的热效应的直流电的

7、数值是交变电流的有效值,解析 对于交变电流，在没有特别说明的情况下指有效值，交流电流表和交流电压表测定的读数值是交流电的有效值，交流电气设备的铭牌上所标的电压值和电流值也是有效值，A、B错误，C正确； 根据有效值定义可知，D正确.,答案,解析,例3 通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图4所示，其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为,答案,解析,图4,解析 根据电流的热效应先计算电流的有效值.由(0.1 A)2R0.4 s2(0.2 A)2R0.1 s2I2R1 s，可得流过电阻的电流的有效值I ，电阻两端电压的有效值为UIR ，故B正确.,对于非正弦式交变电流的有效值，应按有效值的定义计算

8、，计算时要紧扣电流通过电阻产生的热量进行计算，计算时间一般取一个周期，半周期对称的可取半个周期.,例4 (多选)图5甲、乙分别为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数的一部分.下列说法正确的是 A.图甲、图乙均表示交流电 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u20sin 100t(V) C.图甲所示电压的有效值为10 V D.图乙所示电压的有效值为10 V,答案,解析,图5,解析 根据交变电流的定义，题图甲、乙均表示交流电，题图甲所示电压的瞬时值表达式为u20sin 100t(V)，选项A、B正确；,根据有效值的定义得： ，解得题图乙所示电压的有效值U乙10

9、 V，选项D正确.,1.有效值 (1)只有正(或余)弦式交流电的有效值根据E 计算. (2)计算与电流热效应有关的量(如电功、电功率、热量)要用有效值. (3)交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额定电流，通常提到的交流电的数值都是指有效值.,三、正弦式交流电有效值、最大值、平均值的对比,2.平均值,3.写正弦式交流电瞬时值表达式eEmsin t时要用到最大值.最大值 EmnBS.,例5 如图6所示，矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R.当线圈由图示位置转过90的过程中，求： (1)通过电阻R的电荷量

10、q；,图6,答案,解析,(2)电阻R上所产生的热量Q.,答案,解析,达标检测,1.(描述交变电流的物理量)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图7所示，此线圈与一个R10 的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻.下列说法正确的是 A.交变电流的频率为8 Hz B.交变电流的有效值为 C.交变电流的最大值为4 A D.电流的瞬时值表达式为i2sin (4t) A,答案,1,2,3,4,图7,解析,解析 由题图可知，交变电流的周期为0.25 s，故频率为4 Hz，选项A错误； 根据欧姆定律可知交变电流的最大值为2 A，故有效值为 ，选项B正确

11、，C错误； 因2f8 rad/s，故电流的瞬时值表达式为i2sin (8t) A，故选项D错误.,1,2,3,4,解析 设该交变电流的有效值为I，让该交变电流和直流电分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T0.2 s)内，该交变电流产生的热量QI12Rt1I22Rt2 在一个周期内直流电通过该电阻产生的热量QI2RT 由QQ，代入数据，解得I5 A.,2.(交变电流有效值的计算)如图8所示是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值.,图8,1,2,3,4,答案,解析,答案 5 A,3.(有效值的应用)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9甲所示.已知发电机线圈内阻

12、为5.0 ，外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则 A.电压表 的示数为220 V 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484 W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J,答案,图9,解析,1,2,3,4,电流的有效值I 2.2 A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为QrI2rt2.225.01 J24.2 J，D正确.,解析 电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图甲知电动势的最大值Em ，则电动势的有效值E220 V，灯泡两端电压U 209 V，A错误；,1,2,3,4,由题图甲知T0.02 s，一个周期内电流方向变化两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错误；,灯泡的实际功率P 459.8 W，C错误；,4.(正弦式交流电有效值、最大值、平均值的对比)如图10所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I .线框从中性面开始转过 的过程中，通过导线横截面的电荷量q .,答案,解析,1,2,3,4,图10,1,2,3,4,