资源简介

(共60张PPT)
§３.2 交变电流的描述
规律：
（函数表达式）
在纯电阻电路中，
电压:
电动势:
电流:
从中性面开始计时，
知识回顾
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？
一、描述交流电的物理量：
线圈转动一周
电压、电流都发生一次周期性变化
１.周期：
交变电流完成一次周期性变化所需的时间
符号：T 单位是秒（S）
２.频率：
交变电流一秒内完成周期性变化的次数
符号：f 单位是赫兹（Hz）
ω=2πf
（角频率或圆频率）
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=Umsinωt
３.最大值（峰值）： Em Um Ｉm 　
一、描述交流电的物理量：
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
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。
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
耐压值（最大值）
一、描述交流电的物理量：
４.瞬时值：　e u　　i　　 　
o
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
e
e
u
u
i
i
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=umsinωt
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
例2.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为 （ ）
A．400V，0.02s 　　 B．200V, 0.02s
C．400V, 0.08s 　　 D．200V, 0.08s
B
①则此交流电的频率为　　　，把它接在一个电容器上，电容器的击穿电压不能低于　　　。
50HZ
311V
练习１：某交流电压随时间变化的规律如图：
0 　　0.02
t/s
u/V
311
②家用照明电路中的交变电压随时间变化的规律同上图。1秒内电流的方向改变　　　次。
100
观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：
铭牌上的220V是什么意思？
铭牌上的50HZ 是什么意思？
我国工业和家庭电路中的交变电流的
周期
频率
角速度
u / V
O
0.01
0.02
t/s
工业
家庭
电流方向变化
在一个周期内，交变电流的方向变化2次
峰值
峰值
u / V
O
0.01
0.02
t/s
工业
家庭
我国工业和家庭电路中的交变电流的u-t 图
　　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．若直流电源用10分钟把水烧开，
情景：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　而第二次用交流电时也用10分
　　　钟把水烧开.
二、描述交变电流大小的物理量
交流电的热效果和直流电的热效果相同
我的电流是恒定的3A
我10分钟把水烧开
我10分钟也把水烧开！
我的电流是变化的
我的电流
有效值也是3A
交流
恒定电流ＩＵ
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ＩＵ
怎样求一般交流电的有效值
Q交=Q直
i/A
t/s
２　１
－１
－２
思考与讨论：
电流i通过一个R=1Ω的电阻.它不是恒定电流.
1.怎样计算通电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电阻R,也能在1s内产生同样的热,这个电流是多大
解析: 1 图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S---0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同.
交流电的热量
0.８
　 0 0.2 0.5 1.0
交流电的热量
恒定电流的热量
解析: 1 图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S---0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同.
i/A
t/s
２　１
－１
－２
0.８
　 0 0.2 0.5 1.0
练习２.如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。
规定：
　　让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一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。
正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系：
注意：只适用于正弦或余弦式交流电
二、描述交变电流大小的物理量
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
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
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
练３.某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于______V；若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于______ A。
200
－200
2
0.25
200
u/V
t/s
★几种常见交变电流的有效值
★几种常见交变电流的有效值
四值比较：
1．最大值——如电容器的耐压值；
2．瞬时值——启辉值、偏转值；
3．有效值——
4．平均值——
（１）交流电器上名牌标称
（２）交流电表的读数
（３）熔断器的熔断电流
（４）电功和电热的求取
（１）只能用
（２）数值上也等于图线与ｔ轴包围的面积与ｔ的比值
（３）通过导体的电荷量必须用平均值
电容
耐压值（最大值）
220V
例4．观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：
　1.铭牌上的参数各代表什么意思？
　2.如果有一个如下图所示的交变电流加在如图所示的电容器上，该电容器能安全工作吗？
0
t/s
u/V
200V
-200V
0.02
0.04
项目 物理含义 重要关系 适用情况
瞬时值 交变电流某一时刻的值 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
例5.如图所示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
×　
×　
×　
×　
√　
√　
牛刀小试
1．如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（　　）
A．线框产生的交变电动势有效值为311V
B．线框产生的交变电动势频率为100Hz
C．t=0.005s时，线框的磁通量变化率为零
D．t=0.01s时，线框平面与中性面重合
D
牛刀小试
2．某交流发电机中，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的关系如图所示．如果此线圈和一个R=100Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法中正确的是（　　）
A．交变电流的周期为0.04s
B．电阻R两端的有效电压是100V
C．交变电流的有效值为1A
D．交变电流的最大值为1A
AD
牛刀小试
C
3．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的交变电动势的图象，当调整线圈转速后，所产生的交变电动势的图象如图线b所示，转动轴垂直于磁场方向。则下列说法中错误的是（　　）
A．在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量均为最大
B．线圈先后两次转动的角速度之比为3:2
C．图线b所对应的电动势的有效值为 V
D．图线a所对应的电动势的瞬时值表达式为 （V）
牛刀小试
4．先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化如图甲所示；第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示，不考虑温度对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是（　　）
A．第一、第二次，灯泡两端的电压之比为1:2
B．第一、第二次，通过灯泡的电流之比是2:1
C．第一、第二次，灯泡电功率之比是1:2
D．第一、第二次，灯泡在相等时间内产生的热量之比是1:4
C
B
5．如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，电阻为r，处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，绕垂直磁场的水平轴OO′以角速度ω匀速运动。线圈通过滑环与定值电阻R及理想电流表组成闭合回路。已知理想电压表的示数为U，从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时，则（　　）
A．R两端电压瞬时值的表达式为
B．理想电流表的示数为
C．从 到 的时间内，穿过线圈平面磁通量的变化量为零
D．若ω=100π rad/s，通过R的电流每秒钟方向改变50次
牛刀小试
6．如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分），则下列说法正确的是（　　）
A．这是一种交变电流
B．电流的变化周期为0.015s
C．电流通过100Ω电阻时，电功率为100W
D．电流通过100Ω的电阻时，一个周期内流经电阻的电荷量大于0.015C
BD
牛刀小试
7．如图所示，交流发电机的线圈为边长为L的正方形，匝数为N，线圈电阻为r，外电阻为R。线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动，转速为n。图中电表均为理想交流电表，下列说法正确的是（　　）
A．图示位置穿过线圈的磁通量最大
B．感应电动势的最大值为
C．交流电流表的示数为
D．交流电压表的示数为
BC
牛刀小试
8．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示．产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示．则下列说法正确的是（　　）
A．t＝0.01s时穿过线框的磁通量最小
B．该交变电动势的有效值为
C．该交变电动势的瞬时值表达式为
D．电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面的夹角为45°
CD
牛刀小试
电 阻器 电 感器 电 容器
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？
问题：直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同。灯泡和电感器均相同。接交流电和直流电，灯泡的亮度是否相同？接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？
L
S
E
L
S
u
1.实验装置
2.实验现象
①接通直流，灯泡亮度几乎相同。
②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。
③匝数越多，灯泡越暗。
④频率越高，灯泡越暗。
线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。
线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。
交流的频率越高，线圈的感抗就越大。
三、电感对交变电流的作用
２
三、电感对交变电流的作用
３．影响感抗的因素：
４．实际应用：
低频扼流圈——通直流、阻交流．
高频扼流圈——通低频、阻高频．
线圈的自感系数和交变电流的频率，电感越大，频率越高，感抗越大．
例6.如图所示的电路中，L 为电感线圈，R 为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压为 ，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为 100 HZ，下列说法正确的有 ( )
A. 电流表示数增大
B. 电压表示数增大
C. 灯泡变暗
D. 灯泡变亮
BC
L
V
A
R
练4.如图所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是（ ）
A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗
B.当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮
C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮
D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗
AC
线圈绕在铁心上,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，阻高频
高频扼流圈
低频扼流圈
构造
作用
对比记忆：
实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗．
②实验表明直流不能通过电容器，而交流能够“通过”电容器．
①S接直流电源时，灯泡不亮；S接交流电源时，灯泡发光．
+
-
~
S
L
C
四、电容器对交变电流的阻碍作用
5μF
20μF
23μF
1.实验装置
2.实验现象
①接通直流，串联有电容的支路灯泡不亮。
②接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。
③电容越小，灯泡越暗。
④频率越高，灯泡越亮。
电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。
交流的频率越高，容抗越小。
绝缘介质
导体
导体
平行板电容器
“通交流”：
实际上并无电荷通过，充电和放电表现为交流“通过“电容器（实际没有通过电介质）
频率 f 越高
电容C 越大
阻碍作用越小
积累的电荷越多
(当交流电压升高时，对电容器充电，有充电电流，而当交流电压降低时，电容器放电，有放电电流)
四、电容器对交变电流的阻碍作用
４．实际应用：
　　隔直电容器——通交流、隔直流．
　　旁路电容器——通高频、阻低频．
后级输入
前级输出
~
~
~
~
３．容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示．
作 用
结构特点
隔直电容器
高频旁路电容器
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
通交流，隔直流
通高频，阻低频
电容器的应用
电路图
例7.如图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则（ ）
A. 将介质板插入电容器中，灯泡将变暗
B. 增大交变电流的频率，灯泡将变暗
C. 把电容器极板间距拉开一些，灯泡将变暗
D. 把电容器两极板错开一些，灯泡将变暗
CD
练5.图中甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“～～～”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示.关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是（ ）
A.图甲中R得到的是交流成分
B.图甲中R得到的是直流成分
C.图乙中R得到的是低频成分
D.图乙中R得到的是高频成分
AC
元件 电感线圈 电容器
作用
描述阻碍作用的物理量
决定因素
关系
对比记忆：
通直流，阻交流;
通低频，阻高频。
通交流，隔直流；
通高频，阻低频。
感抗XL
容抗XC
<1>自感系数L
<2>交流电频率f
<1>电容C
<2>交流电频率f
L越大，f越高，XL越大。
C越大，f越高，XC越小。
9.有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上，如果电源电压峰值保持不变，比较下面哪种情况，通过线圈的电流最小( )
A、所加电源频率为50 Hz
B、所加电源频率为100 Hz
C、所加电源频率为50 Hz，减少线圈匝数
D、在线圈中加入铁芯，所加电源频率为 100 Hz
D
牛刀小试
10、有两个电容分别为C1=5 μF,C2=3 μF的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大( )
A、在C1上加f=50 Hz的交变电流
B、在C2上加f=50 Hz的交变电流
C、在C1上加f=60 Hz的交变电流
D、在C2上加f=60 Hz的交变电流
C
牛刀小试
通交流隔直流
通高频阻低频
通直流阻交流
通低频阻高频
对直流、交流均有阻碍作用
在电路
中特点
电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用
由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
产生
原因
容抗
感抗
电阻
由电容的大小和交流电的频率f决定
由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定
由导体本身决定，与温度有关
决定因素
电能与电场能往复转化
电能和磁场能往复转化
电能转化为内能
电能的转化
归纳总结
特别提醒：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电能与电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。
『判一判』
(1)电感器对交变电流有阻碍作用。 (　　)
(2)电感器对交变电流阻碍作用越大，感抗越小。 (　　)
(3)电感器具有“通交流、阻直流，通高频、阻低频”的性质。 (　　)
(4)在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器。 (　　)
(5)在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动。 (　　)
(6)电容器的电容越大对同一交变电流的阻碍作用就越大。 (　　)
√　
×　
×　
√　
×　
×　
11.在如图所示的电路中，L为电感线圈，L′为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin100πt V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的有(　　)
A．电流表示数增大
B．电压表示数增大
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
BC
牛刀小试
12.如图所示，输入端AB的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是(L的直流电阻不为0)(　　)
A．直流成分只能从L通过
B．交流成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分又有交流成分
D．通过L的直流成分比通过R的直流成分必定要大
c
牛刀小试
13.如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交流电源的频率增加时(　　)
A．电流表示数增大
B．电压表示数增大
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
AD
牛刀小试
14.如图所示,甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是(　　)

A．灯L1比灯L2亮
B．灯L3也能发光，但亮度最暗
C．灯L2和L4亮度相同
D．灯L4比灯L1亮
CD
牛刀小试

展开更多......

收起↑