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3.2 交变电流的描述
人教版（2019）普通高中物理选择性必修第二册同步教学课件
第三章.交变电流
目录
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
情景展示
e
O
2
4
6
t/s
8
e
O
2
4
6
t/s
8
比较下面两个交流电的异同
情景展示
知识点一：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，叫做交变流电的周期，单位s
2.频率f：
1s内完成周期性变化的次数，叫频率，单位Hz
3.角频率ω：
线圈在磁场中转动的角速度，单位rad/s
知识点二：峰值和有效值
1.峰值
交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
知识点二：峰值和有效值
2.峰值的应用
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。
耐压值（最大值）
知识点二：峰值和有效值
思考
如图是通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。
（1）怎样计算通过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，这个电流是多大？
知识点二：峰值和有效值
在0.2-0.5s内电路中产生的热量为Q2，则
（1）在0-0.2s内电路中产生的热量为Q1，则
故1s内产生的总热量：
Q交=2（Q1+Q2）=2.8J
（2）Q直=Q交
带入数据得：
知识点二：峰值和有效值
3.有效值
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。
从有效值的定义看，“有效”指的是电流热效应的等效。
R
R
~
等 效
知识点二：峰值和有效值
4.有效值与峰值的关系
理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系：
交流电流表和交流电压表的读数是有效值
交流用电器的铭牌上标识的是有效值
知识点二：峰值和有效值
5.平均值
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
知识点三：正弦式交变电流的公式和图像
正弦式交变电流
公式
图像
写出下面情况下交流电的表达式
考点一：有效值的理解与计算
【例题1】 下图为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值为(　　)
考点一：有效值的理解与计算
考点一：有效值的理解与计算
【变式训练1】 右图为交流发电机示意图,矩形线圈的匝数N=50,每匝线圈的边长lab=0.4 m,lbc=0.2 m,矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,线圈总电阻r=1 Ω,外接电阻R=9 Ω,线圈以 的转速在磁场中匀速转动。
(1)求线圈中产生的感应电动势的最大值;
(2)若线圈从通过中性面时开始计时,求回路中电流随时间变化的关系式;
(3)求交流电压表和电流表的读数;
(4)求此交流发电机的总功率和输出功率;
(5)在线圈由中性面转至与中性面成60°角的过程中,求通过导线横截面的电荷量。
考点一：有效值的理解与计算
解析:此题考查交变电流“四值”的理解与应用能力,意在培养学生的科学思维。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的是交变电流。从线圈通过中性面时开始计时,交变电流的表达式为正弦函数。电压表和电流表的读数为交变电流的有效值。
(1)ω=2πn=200 rad/s
Em=NBSω=NBlablbcω
=50×0.2×0.4×0.2×200 V=160 V。
考点一：有效值的理解与计算
考点二：弦式交变电流公式和图像的应用
【例题2】 一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示,由图可知(　　)
A.该交变电流的电压的有效值为100 V
B.该交变电流的频率为25 Hz
C.该交流电压瞬时值的表达式为u=100sin 25t (V)
D.并联在该电压两端的电压表指针不停摆动
考点二：弦式交变电流公式和图像的应用
解析:根据题图可知该交变电流电压的最大值为100 V,周期为4×10-2 s,所以频率为25 Hz,A错,B对;而ω=2πf=50π rad/s,所以u=100sin 50πt (V),C错;交流电压表的示数为交变电流的有效值而不是瞬时值,不随时间变化,D错。此题主要考查正弦式交变电流公式和图像的应用,意在提高学生根据图像获取信息的能力,培养学生的科学思维。
考点二：弦式交变电流公式和图像的应用
【变式训练2】 (多选)一交流电压的图像如图所示。将该交流电压加在一阻值为22 Ω的电阻两端,下列说法正确的是(　　)
考点二：弦式交变电流公式和图像的应用
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