资源简介

(共38张PPT)
第
节
2
交变电流的描述
高中物理 选择性必修二
第三章
杨孝波
问题
1、周期和频率
2.峰值和有效值
3.电感器和电容器的作用
本节核心任务
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？
课堂引入
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。
课堂引入
用什么物理量表示交变电流变化的快慢？

　　
知识点一　周期和频率
1.周期：交变电流完成一次 　周期性　 变化所需的时间，叫作交变电流的周期，通常用T表示，单位是秒。
2.频率：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，叫作交变电流的频率，通常用f表示，单位是 　赫兹　 。
3.物理意义：周期和频率都是描述交变电流 　变化快慢　 的物理量。
4.周期、频率及角速度之间的关系：
周期性　
赫兹　
变化快慢　
一、周期和频率—自主学习
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
在一个周期内，交变电流的方向变化2次
一、周期和频率—例题
知识点二　峰值和有效值
1.峰值
（1）定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。
（2）应用：电容器所能承受的电压要 　高于　 交流电压的峰值。
2.有效值
（1）定义：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，则把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的有效值。
（2）应用
①交流用电设备上所标的 　额定　 电压和 　额定　 电流都是有效值。
②交流电压表测量的数值为有效值。
③无特别说明时，提到的交变电流的数值为有效值。
高于　
电阻　
热量　
额定　
额定　
二、峰值和有效值—自主学习
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
二、峰值和有效值—峰值
耐压值（最大值)
电容
电容器上的标称电压值（又叫耐压值或击穿电压）是电容器两极间所允许电压的峰值。
超过该值就有被击穿的危险。
我国家用交变电流的电压为220V,这里的“220V”是怎么来的？
二、峰值和有效值—峰值的应用
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：
二、峰值和有效值—有效值
1.定义：让交流电和恒定电流通过阻值相同的电阻，如果它们在相同时间（一个周期）内，产生热量相等，则把这个恒定电流的电流I、电压U，叫作该交流电的有效值 。
2.意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。
如：某交流电有效电压为220V，表示该交流电在一个周期内产生的热量相当于220V稳恒电压在同一周期内产生的热量
★注意：定义有效值时要“三同”：电阻相同，时间相同（一个周期），热量相同。
二、峰值和有效值—有效值
（2）一般交流电流表和交流电压表的读数是有效值
（3）保险丝的熔断电流是有效值———与热有关的交变电流的功、功率、热量等均用有效值；
（1）交流用电器上标出的额定电压和额定电流指的是有效值；
（4）以后提到的交变流电的数值，若没有特殊说明的均指有效值
二、峰值和有效值—有效值
3.说明：
U =
Um

= 0.707Um
I =
Im

= 0.707Im
E =
Em

= 0.707Em
e、u、i
O
T
t
Em、um、im
-Em、-um、-im
T/2
O
T/2
T
t
e、u、i
Em、um、im
-Em、-um、-im
注意：（1）任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦式交变电流．
（2）对非正弦式交变电流有效值只能通过电流的热效应计算
理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系：
二、峰值和有效值—有效值
4.正弦式交变电流的有效值与峰值的关系：
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
计算电荷量用平均值
二、峰值和有效值—拓展：平均值
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
二、峰值和有效值—总结
解析：
【例1】如图所示为一交变电流的i -t图象，则此交变电流的有效值为(　　)
A.5 A　　B.5 A C.10 A D.A
D
二、峰值和有效值—例题
由于交变电流在时刻发生变化，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
图像
公式
三、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
三、正弦式交变电流的公式和图像
【例2】(2021·长春市第二实验中学高二期末)某一电子设备所加正弦式交流电的电压随时间变化规律如图所示，则
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
√
三、正弦式交变电流的公式和图像—例题
电 阻 器 电 感 器 电 容 器
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？
四、电感器和电容器对交变电流的作用—元件
L
S
E
L
S
u
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？
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电感器
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
结论：电感器对直流电几乎无影响！
结论：电感器对交流电有阻碍作用！
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
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电感器
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
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电感器
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电感器
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：
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电感器
高频扼流圈
低频扼流圈
结构特点
作用
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
请同学们分析：
低频扼流圈对高频交流电是否有显著的阻碍作用？
高频扼流圈对低频交流电是否有显著的阻碍作用？
有
无
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电感器
问题：
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？
C
S
E
C
S
u
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
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
结论：直流电不能通过电容器！
结论：交流电能“通过”电容器！
隔直流，通交流
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
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
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
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
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：
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
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
四、电感器和电容器对交变电流的作用—电容器
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
课堂总结
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。
课堂练习
答案:A
课堂练习
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
课堂练习
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。
课堂练习

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