资源简介

(共41张PPT)
第三章 交变电流
交变电流
实验探究
01
交变电流和直流电的区别
02
交流电的变化规律
03
理解能力：1.知道交变电流的周期、频率的概念，掌握T、f、ω之间的
关系.
2.理解交变电流的峰值、有效值的概念.
3.理解正弦式交变电流的公式和图像.
应用能力：会根据电流的热效应计算电流的有效值.
交变电流
掌握
描述交流电的物理量
01
KEQIANRESHEN
>>课前热身 夯实基础
一、周期和频率
1.周期(T)：
交变电流完成一次_______变化所需的时间.
2.频率(f)：
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_____.
3.周期和频率的关系：T＝____或f＝____.
4.角速度与周期、频率的关系：ω＝ ＝_____.
周期性
次数
2πf
二、峰值和有效值
1.峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值.电容器所能承受的电压要_____交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿.
2.有效值：让交变电流与恒定电流分别通过_________的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的_____相等，则此恒定电流的电流与电压叫作交变电流的有效值.
3.正弦式交变电流最大值与有效值之间的关系
E＝____＝______Em，U＝____＝_____Um，I＝____＝_____Im
高于
大小相同
热量
0.707
0.707
0.707
三、正弦式交变电流的公式和图像
1.正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况.若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是_____曲线.
2.若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流
电压、电流表达式分别为u＝__________，i＝_________.
正弦
3.正弦式交变电压的图像如图1所示
图1
HEXINJIEYI
>> 核心解疑 夯实基础
02
一、周期和频率
如图3所示的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？
图3
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.
1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间.在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T.
2.频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，其数值等于单位时间内完成周期性变化的次数.
3.周期和频率的关系：f＝ ，如图4为我国照明电路的u－t图像，则交流电的周期T＝0.02 s，频率f＝50 Hz.
图4
说明　交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关.ω(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为ω＝ ＝2πf＝2πn.
二、峰值和有效值
1.如图6是通过一个R＝1 Ω的电阻的电流i随时间t变化的图像.
图6
(1)试计算1 s内电阻R中产生的热量.
答案　Q＝I12Rt1＋I22Rt2＝42×1×0.5 J＋22×1 ×0.5 J＝10 J.
交变电流
(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内产生同样的热量，这个电流是多大？
2.某交流电压的瞬时值表达式u＝ ，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　小灯泡不会被烧坏.交流电压的瞬时值表达式u＝
中 是最大值，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，所以小灯泡不会被烧坏.电容器所能承受的电压的最大值为6 V，小于交流电压的最大值，电容器会被击穿.
1.峰值：(1)交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值，若将交流电接入纯电阻电路中，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝ ，Um＝ImR.
(2)电容器耐压值要高于交流电压的峰值才不会被击穿.
交变电流
2.有效值：确定交变电流有效值的依据是电流的热效应.
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，则此恒定电流的电流和电压叫作交变电流的有效值.
(1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为：
(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Q＝I2RT或Q＝ ，最后代入数据求解有效值.
说明　(1) 只适用于正(余)弦式交变电流，对于按其他规律变化的交变电流，上述关系式一般不再适用.
(2)对于非正弦式交变电流有效值的计算，时间一般选取一个周期.
(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值，在确定保险丝的熔断电流时也用有效值.
DIANLIJIEXI
>>典例解析 足本溯源
03
例1、一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动.转轴位于线圈平面内并与磁场方向垂直，产生的交变电流i随时间t的变化关系如图5所示，则
A.该交变电流的频率是0.4 Hz
B.该交变电流的最大值是0.8 A
C.t＝0.1 s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D.该交变电流的瞬时值表达式是i＝
图5
√
该交变电流的最大值是0.8 A，B正确；
t＝0.1 s时，感应电流最大，则此时穿过线圈平面的磁通量最小，选项C错误；
因ω＝2πf＝5π rad/s，该交变电流的瞬时值表达式是i＝0.8sin 5πt(A)，D错误.
例2、一只电阻分别通过四种不同形式的电流，电流随时间变化的情况如下列各选项所示，在相同时间内电阻产生热量最大的是
√
解析　A、B选项中电流均为正弦式交变电流，最大值均为2 A，有效值均为 ，C选项中电流的有效值为1.5 A，D选项中电流的有效值为2 A，D选项中电流的有效值最大，在R、t相同时，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，D选项中电阻产生的热量最大，故D正确，A、B、C错误.
例3、　如图7所示为一交流电压随时间变化的图像，每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定.根据图中数据可得，此交流电压的有效值为
√
图7
例4、某一电子设备所加正弦式交流电的电压随时间变化的规律如图8所示，则
图8
A.交流电的频率为50 Hz
B.交流电压的有效值为
C.交流电压瞬时值表达式为u＝100cos 25t (V)
D.此交流电压不可以直接加在耐压值为80 V的电容器两端
√
由题图可知交流电的最大值为100 V，电容器的耐压值要高于交流电压的最大值，才不会被击穿，故此交流电压不可以直接加在耐压值为80 V的电容器两端，故D正确.
返回
ZOUJINGAOKAO
>> 走近高考 身临其境
04
（2018年全国卷）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a，b所示，则(　　)A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合B．曲线a，b对应的线圈转速之比为2∶3C．曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
【答案】AC
【解析】t＝0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A项正确；
图中a、b对应的周期之比为2∶3，因此线圈转速之比na∶nb＝ ＝3∶2，B项错误；
a线表示的交流电动势的频率为fa＝ ＝25 Hz，C项正确；
a线对应线圈相应的电动势的最大值Eam＝NBS· ，由图象知Eam＝15 V，b线对应线圈相应的电动势的最大值Ebm＝NBS· ，因此 ，Ebm＝10 V，有效值Eb＝ V＝5 V，D项错误．
SUITANGYANLIAN
>> 随堂演练 精准提升
05
1.(周期和频率)关于交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是
A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于一个周期
B.1 s内正弦式交变电流出现最大值的次数等于频率
C.正弦式交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍
D.50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s
√
解析　在一个周期内，正弦式交变电流会出现正向和负向的最大值各一次，相邻两个峰值之间的时间间隔为半个周期，1 s内出现最大值的次数是交变电流频率的2倍，选项A、B错误；
正弦式交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的2倍，选项C正确；
2.(峰值和有效值)3 A的直流通过电阻R时，t时间内产生的热量为Q.现让一正弦式交变电流(周期大于t)通过电阻R，若2t时间内产生的热量为Q，则该交变电流的有效值I和最大值Im分别为
√
解析　根据3A的直流通过电阻R时，t时间内产生的热量为Q，可知Q＝I12Rt＝(3 A)2·Rt ①
当让一正弦式交变电流通过电阻R时，2t时间内产生的热量为Q，则有Q＝I2R·2t ②
3.(有效值的计算)如图9所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为
图9
A.1∶ B.1∶2
C.1∶3 D.1∶6
√
故C正确，A、B、D错误.
解析　题图甲中，在一个周期内，根据电流的热效应有
题图乙中，在一个周期内，根据电流的热效应有
代入数据解得电流的有效值I′＝I1＝1 A
4.(交变电流的图像)矩形线框在匀强磁场内绕垂直磁场方向的轴匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图10所示，下列说法中正确的是
图10
A.交流电压的有效值为36 V
B.交流电压的周期为0.25 s
C.交流电压的瞬时值表达式为u＝36sin 4t (V)
D.1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大
√
由题图得，1 s末交流电压达到最大值，此时线框平面平行于磁场方向，通过线框的磁通量最小，为零，D错误.
由题图得正弦交流电压的周期为T＝4 s，B错误；
返回
5.有两个完全相同的定值电阻，其中一个通有如图9所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分)，另一个通有大小为
的恒定电流，实验发现，在2 s时间内这两
个电阻产生的热量相等，则图中a的数值为
图9
√
6.图10甲为一小型发电机的示意图，发电机线圈内阻为1 Ω，灯泡L的电阻为9 Ω，电压表为理想交流电压表.发电机产生的电动势e随时间t按图乙的正弦规律变化，则
图10
A.t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零
B.线圈转动的角速度为50 rad/s
C.电压表的示数为9 V
D.灯泡L的电功率为10 W
√
解析　t＝0.01 s时电动势为零，所以此时穿过线圈的磁通量最大，故A错误；
7.在如图11甲所示的电路中，小灯泡电阻为5 Ω，电流表为理想交流电表，电源电流随时间的变化规律如图乙所示，则
A.电流表示数为
B.电流的频率为0.5 Hz
C.小灯泡的功率为40 W
D.电源电压的瞬时值表达式为
图11
√
小灯泡的功率为有效值，则有P＝I2R＝22×5 W＝20 W，所以C错误；
8.如图12甲所示，标有“220 V　40 W”的灯泡和标有“20 μF　300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示.闭合开关，下列判断正确的是
A.t＝ 时刻，V的示数为零
B.灯泡恰好正常发光
C.电容器不可能被击穿
D.V的示数保持 不变
√
图12
解析　电压表的示数是交变电压的有效值，由题图知UV＝220 V，选项A、D错误；
灯泡两端电压的有效值为220 V，恰好等于其额定电压，所以灯泡正常发光，选项B正确；
交变电压的最大值为 ≈311 V，大于电容器的耐压值，所以电容器会被击穿，选项C错误.
返回

展开更多......

收起↑