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(共37张PPT)
第2节 交变电流的描述
第三章
人教版 高中选择性必修第二册
峰值和有效值
02
正弦式交变电流的公式和图像
03
巩固提升
05
周期和频率
01
电感器和电容器对交变电流的作用
04
新课导入
通过上一节的学习，我们已经知道坚实的钢架托着输电线输送的电流是由发电厂产生的交变电流，那么我们需要掌握哪些数据才能准确的将电输送到千家万户中？
周期和频率
PART 01
交流电的变化快慢
01
仔细观察下图中的交变电流变化规律，他们有什么异同？
e
O
2
4
6
t/s
8
e
O
2
4
6
t/s
8
交变电流的变化快慢情况不一样。
交流电的周期和频率
02
我们可以利用周期和频率描述交变电流变化的快慢情况：
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
周期和频率间有什么关系，它们和交流电发电机转子转动的角速 度间又有什么关系？
除此之外，交变电流还有哪些特性？
峰值和有效值
PART 02
峰值
01
上一节中，我们知道正弦式交变电流的变化规律是怎样的？
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
我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？
思考与讨论
02
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？
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：
有效值
03
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
有效值
03
理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系：
对有效值的理解
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的．交变电流和恒定电流是一种等效替代关系．
(2)注意“三同”：电阻相同，时间相同，产生的热量相同．
有效值
03
怎样求一般交流电的有效值？
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
Q交=Q直
有效值与峰值的应用
04
1.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）
2.有效值的应用
交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值
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
交流电压表、电流表测量的数值是指有效值
交变电流的平均值
05
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
交变电流的“四值”比较
06
物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明
瞬时值
最大值
有效值
平均值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ωt
u＝Umsin ωt
计算线圈某时刻的受力情况
最大的瞬时值
Em＝NBSω
电容器的击穿电压
交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值
(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量)等
计算通过电路横截面的电荷量
对正(余)弦交流电
i＝Imsin ωt
(2)电气设备“铭牌”上所标值
(3)保险丝的熔断电流
(4)交流电流表、电压表的示数
正弦式交变电流的公式和图像
PART 3
01
正弦式交变电流的公式和图像
我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？
详细描述交变电流
公式
图像
01
正弦式交变电流的公式和图像
写出以下两种情况下交流电的表达式
电感器和电容器对交变电流的作用
PART 4
01
电感器对交变电流的阻碍作用
问题1：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
图甲： 电感器对直流电作用
图乙： 电感器对交流电作用
L
S
u
操作1: 线圈 L 串联灯泡后接到直流电源
操作2: 用导线将线圈 L 短路
现 象 : 灯泡亮度基本不变化。实验说明什么
操作1: 线圈 L 串联灯泡后接到交流电源
操作2: 用导线将线圈 L 短路
现 象 : 灯泡亮度变亮。实验说明什么
01
电感器对交变电流的阻碍作用
01
电感器对交变电流的阻碍作用
结论：电感器对直流电几乎无影响，电感器对交流电有阻碍作用。
影响感抗大小的因素有哪些呢？
1. 感抗：电感线圈对交变电流的阻碍作用。用字母X L 表示，单位是 欧 ( Ω )。
2. 意义：描述电感器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。
L
S
u
01
电感器对交变电流的阻碍作用
02
电感器对交变电流的阻碍作用
通直流，阻交流。
通低频，阻高频。
阻碍原因
电感器有自感作用，自感电动势越大阻碍作用就越大
L
S
u
线圈的自感系数 L
交变电流的频率 f
L 越大，f 越高，XL 越大
即：XL = 2π L
4. 实质：变流电不断变化，产生的自感电动势，阻碍磁通量变化
3. 因素：
5.电感器特点：
01
电感器对交变电流的阻碍作用
6.电感器的应用
高频扼流圈
低频扼流圈
结构特点
作用
——扼流圈
线圈绕在铁芯上,匝数多，自感系数大、感抗大
线圈绕在铁氧体上,匝数少，自感系数小、感抗小
通直流，阻交流
通直流，通低频，阻高频
02
电容器对交变电流的阻碍作用
问题2：把小灯泡和电容器串联在电路中，分别接在交流电和直流电上，灯泡的亮度是否相同？接直流电时，有电容器和无电容器时灯泡的亮度是否相同？
操作1: 电容器 C 串联灯泡后接到直流电源
操作2: 用导线将电容器 C 短路
现 象: 灯泡由不亮变为亮。实验说明什么
操作1: 电容器 C 串联灯泡后接到交流电源
操作2: 用导线将电容器 C 短路
现 象: 灯泡都在亮。实验说明什么
图甲： 电容器对直流电作用
C
S
E
图乙： 电容器对交流电作用
C
S
u
02
电容器对交变电流的阻碍作用
02
电容器对交变电流的阻碍作用
结论：直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器
1. 容抗：电容器对交变电流的阻碍作用。用字母XC 表示，单位是 欧 ( Ω )。
2. 意义：描述电容器对交变电流的阻碍作用大小的物理量。
影响容抗大小的因素有哪些呢？
C
S
u
02
电容器对交变电流的阻碍作用
3. 因素：
4. 实质：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
电容器的电容 C
交变电流的频率 f
C 越大，f 越高，XC 越小
即：
通交流，隔直流。
通高频，阻低频。
阻碍原因
电容器两极板上累积的电荷对在这个方向上定向移动的电荷有反抗作用
C
S
u
5.电容器特点：
02
电容器对交变电流的阻碍作用
6.电容器的应用
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
电路图
课堂总结
交变电流的描述
周期和频率
正弦式交变电流的公式和图像
峰值和有效值
定义
相互关系
电感器和电容器对交变电流的作用
巩固提升
PART 4
巩固提升
1.(周期和频率)关于交变电流的周期和频率,下列说法正确的是(　　)
A.正弦式交变电流最大值连续出现两次的时间间隔等于周期
B.1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率
C.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
答案:C
解析:在一个周期的时间内,交变电流会出现正向和负向最大值各一次,但相邻两个峰值的时间间隔为半个周期,选项A、B错误;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,故选项C正确;由 ,知选项D错误。
巩固提升
答案:A
巩固提升
3.(正弦式交变电流的图像)电阻R1、R2与交流电源按照图甲方式连接, R1=10 Ω,R2=20 Ω。合上开关S后,通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
A.通过R1的电流有效值是1.2 A
B.R1两端的电压有效值是6 V
答案:B
巩固提升
4.(非正弦式交变电流有效值的计算)右图是一交变电流随时间变化的图像,求此交变电流的有效值。
答案:5 A
解析:设该交变电流的有效值为I',直流的电流为I,让该交变电流和直流分别通过同一电阻(阻值为R),在一个周期(T=0.2 s)内,该交变电流产生的热量
在一个周期内直流通过该电阻产生的热量
Q=I2RT=0.2 s·I2R。
由Q=Q'得,0.2 s·I2R=5 A2·s·R,解得I=5 A,即此交变电流的有效值I'=I=5 A。
第2节 交变电流的描述
人教版 高中选择性必修第二册

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