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第三章 交变电流
第2节 交变电流的描述
新教材人教版 物理（高中选择性必修第二册）
思考与讨论：
课堂引入
1．知道交变电流的周期、频率的概念，会用图像找出周期频率；
2．掌握交变电流有效值的概念，并会用“等效”的思想计算有效值；
3. 会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值。
学习目标
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？
正弦交流电的变化规律：
瞬时电动势
瞬时电流
瞬时电压
（从中性面开始计时）
复习回顾
交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫它的周期。
１.周期：
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
二、周期和频率
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
（5）产生交变电流的线圈转动的角速度多大？
二、峰值和有效值
1.瞬时值:对应某一时刻的交流的值，用e，i，u表示：e =Emsinωt；i =Imsinωt；u=Umsinωt
2.峰值：交变电流能达到的最大值，用Em，Im，Um表示：Em=nBSω；Im=Em/(R+r)；Um=ImR
以正弦交流电流为例
注意：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。
3.有效值：让交流和恒定电流分别通过大小相同电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把这I、U叫做这个交流的有效值。
－
R

R
若在交流的一个周期内Q直=Q交，则直流电的I、U叫交流电的有效值。
等 效
二、峰值和有效值
思考计算：图是通过一个R为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，尝试计算其交变电流的有效值。
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这个电阻R，也能在1s内产生同样的热，这个电流是多大
理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系
(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．
对有效值的理解
上述关系只限于正弦交变电流 ，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。
二、峰值和有效值
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
交变电流四值比较与应用
对于交流电，不特殊指明均为有效值
三、正弦式交变电流的公式和图像
详细描述交变电流
公式
图像
四、电感器和电容器对交变电流的作用
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。接直流电时，有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同？接直流电和交流电，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
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。
电感器对交变电流的作用
1.实验装置及视频
2.实验现象
四、电感器和电容器对交变电流的作用
电感器对交变电流的作用
３.影响感抗的因素：
４.实际应用：
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．
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
四、电感器和电容器对交变电流的作用
问题：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，灯泡谁亮谁暗？
①S接直流电源时，灯泡不亮。
②S接交流电源时，灯泡发光。
电容器对交变电流的作用
1.实验装置及视频
2.实验现象
+
-
~
S
LA
C
实验表明直流不能通过电容器，而交流能够“通过”电容器。
5μF
20μF
23μF
四、电感器和电容器对交变电流的作用
电容器对交变电流的作用
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
充放电越大、越快
(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、电感器和电容器对交变电流的作用
电容器对交变电流的作用
隔直电容器
后级输入
前级输出
~
~
~
~
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
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：
４.实际应用：
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
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。
旁路电容器
五、课堂小结
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
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。

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