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(共42张PPT)
3.2 交变电流的描述
高中物理选择性必修第二册课件
主讲老师：xxx
高中物理选择性必修第二册
周期和频率
峰值和有效值
公式和图像
电感和电容
问题？
01.
高中物理选择性必修第二册
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？
i
t
O
周期和频率
第一部分
问题与思考
01.
高中物理选择性必修第二册
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。
周期和频率
02.
高中物理选择性必修第二册
１.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间
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）
符号：T 单位是秒（S）
我们可以利用周期和频率描述交变电流变化的快慢情况：
周期和频率的关系及理解
03.
高中物理选择性必修第二册
两个关系式：
（角频率或圆频率）
我国生产和生活所用交流电：
（1）周期：T=0.02s
（2）频率：f=50Hz
（3）角速度：ω=100π rad/s
（4）在1s内电流的方向变化100次
t/s
I/A
0
Im
-Im
0.02
0.04
峰值和
有效值
第二部分
交变电流的峰值
01.
高中物理选择性必修第二册
1. 交变电流峰值（Im、Um）：指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。表示交变电流的强弱或电压的高低。
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=Umsinωt
Em ＝NωBS
峰值
Um ＝ Im R外
交变电流的峰值
02.
高中物理选择性必修第二册
t/s
u/V
0
Um
-Um
0.02
0.04
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。
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
03.
高中物理选择性必修第二册
如图所示通过一个R=1Ω的电阻的电流i随时间变化的曲线。它不是恒定电流。
（1）怎样计算通电1 S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1 S内产生同样的热量，这个电流是大？
交变电流
04.
高中物理选择性必修第二册
2.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。
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Ｉ，Ｕ
恒定电流
交流
峰值和有效值的关系
05.
高中物理选择性必修第二册
正弦交变电流的峰值为有效值的　　倍。
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。
t/s
u/V
0
Um
-Um
0.02
0.04
高中物理选择性必修第二册
峰值和有效值的理解
06.
1.交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值。
3.交流电流表和交流电压表的读数是有效值，对于交流电若有特殊说明的均指有效值。
2.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
4.保险丝熔断电流指有效值。
交变电流的平均值
07.
高中物理选择性必修第二册
1.交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值。
3.平均值适用于计算通过电路横截面电量。
2.公式
平均电动势：
平均电流：
电荷量：
交变电流的“ 四值”
08.
高中物理选择性必修第二册
名称 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 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 分析交变电流在某一时刻的情况
最大值 最大的瞬时值 Em＝NBSω 确定用电器的耐压值
交变电流的“四值”
09.
高中物理选择性必修第二册
名称 物理含义 重要关系 适用情况
有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定、电动势、电压或电流值 (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值 交变电流图像中图线与时间轴所夹“面积”与时间的比值 计算通过电路横截面的电量
公式和图像
第三部分
正弦式交变电流的公式和图像
01.
高中物理选择性必修第二册
我们可以采用哪些方法形象描述交变电流变化规律？
1.公式：
2.图像：
学以致用
02.
高中物理选择性必修第二册
写出图示交流电压的瞬时表达式：
电感器和电容器对交变电流的作用
第四部分
问题与思考
01.
高中物理选择性必修第二册
我们知道，电阻会对直流起阻碍作用，同样，电阻对交流也会起阻碍作用。由于交流的大小和方向时刻在做周期性变化，因此当一个线圈接入交流时，就会产生电磁感应现象，这种现象会对交流起什么作用呢？而一个电容器又会对交流起什么作用呢？
实验演示1
02.
高中物理选择性必修第二册
L
S
E
图甲： 电感器对直流电作用
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
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
实验演示1
01.
高中物理选择性必修第二册
电感器对交变电流的阻碍作用
04.
高中物理选择性必修第二册
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
高中物理选择性必修第二册
05.
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。
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
3. 影响因素：
4.电感器特点：
高中物理选择性必修第二册
06.
电感器对交变电流的阻碍作用
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
5. 实质：变流电不断变化，产生的自感电动势，阻碍磁通量变化.
阻碍原因：
高中物理选择性必修第二册
07.
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
高中物理选择性必修第二册
08.
电容器对交变电流的阻碍作用
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
高中物理选择性必修第二册
01.
电容器对交变电流的阻碍作用
高中物理选择性必修第二册
10.
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。
C
S
u
影响容抗大小的因素有哪些呢？
高中物理选择性必修第二册
11.
电容器对交变电流的阻碍作用
3. 因素：
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：
通高频，阻低频。
4.电容器特点：
通交流，隔直流。
C
S
u
高中物理选择性必修第二册
12.
电容器对交变电流的阻碍作用
5. 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
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
总结提升
第五部分
课堂小结
高中物理选择性必修第二册
阻抗和容抗
XL = 2π L
03
04
有效值：电流的热效应
周期和频率描述交变电流变化的快慢
01
02
交变电流
的描述
周期和频率
峰值和有效值
公式和图像
电感和电容
Em ＝NωBS
例题1
例题精选
01.
【参考答案】C
高中物理选择性必修第二册
小型交流发电机中，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成正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻。下列说法正确的是（　　）
A．交变电流的频率为8Hz
B．交变电流的有效值为2A
C．交变电流的最大值为2A
D．电流的瞬时值表达式为
解析
例题解析
02.
高中物理选择性必修第一册
A．由图可知交流电的周期
所以交流电的频率为故A错误；
BC．由图可知感应电动势的最大值为
所以交变电流的最大值为
交变电流的有效值为故B错误，C正确；
D．线圈转动的角速度为
所以电流的瞬时值表达式为,故D错误。故选C。
例题2
例题精选
03.
【参考答案】B
高中物理选择性必修第二册
图甲是小型交流发电机的示意图。在匀强磁场中，矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。已知发电机线圈内阻为，外接电阻的阻值为，其他电阻忽略不计。下列说法正确的是（　　）
A．时线圈平面与中性面垂直
B．每秒内电流方向改变100次
C．电源的输出功率为
D．时通过电阻的瞬时电流为
解析
例题解析
04.
高中物理选择性必修第一册
A．由乙图可知，t=0.02s时刻电动势的瞬时值为零，即线圈平面与中性面重合，故A错误；
B．由乙图可知，交变电流的周期为根据一个周期内电流方向改变两次，可得每秒钟内电流方向改变次数为故B正确；
C．由乙图可知，交变电源电动势的最大值为，则电源电动势的有效值为根据闭合回路的欧姆定律可得则电源的输出功率为故C错误；D．由乙图可知，在时通过电阻的瞬时电流为，故D错误。故选B。
例题3
例题精选
05.
【参考答案】B
高中物理选择性必修第二册
如图所示，在甲、乙两图分别接交流电源，下列关于图中灯泡亮度变化的说法正确的是（　　）
A．在甲图中增大交流电频率，灯泡变亮
B．在甲图的线圈L中插入铁芯，灯泡变亮
C．在乙图中增大交流电频率，灯泡变亮
D．在乙图的电容器中插入电介质，灯泡变暗
解析
例题解析
06.
高中物理选择性必修第一册
A．电感器通直流阻交流，对交流电，频率越大阻碍作用越大，所以在甲图中增大交流电频率，灯泡变暗，故A错误；
B．在甲图的线圈L中插入铁芯，感抗变大，所以灯泡变暗，故B错误；
C．电容器通交流隔直流，对交流电，频率越大， 阻碍作用越小，所以在乙图中增大交流电频率，灯泡变亮，故C正确；
D．在乙图的电容器中插入电介质，根据知电容增大，容抗变小，所以灯泡变亮，故D错误。故选C。
THANKS
谢谢观看

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