【课件】交变电流的描述+课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.pptx

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1、1 1知道交变电流的周期、频率的概念，会用图像找出周期知道交变电流的周期、频率的概念，会用图像找出周期频率频率2 2掌握掌握交变电流有效值的概念，并会用交变电流有效值的概念，并会用“等效等效”的思想计的思想计算交流电的有效值算交流电的有效值3.3.会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值会用图像求正弦交流电的峰值、有效值、瞬时值学习目标学习目标3 3.2 .2 交变电流的描述交变电流的描述一、周期和频率一、周期和频率1 1、周期周期T T 交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作它的周期。单位是交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作它的周期。单位是s s 周期周期越大，交变电流变化越慢

2、越大，交变电流变化越慢 在一个周期内，交变电流的方向变化在一个周期内，交变电流的方向变化2 2次。次。2 2、频率频率f f 在单位时间内在单位时间内交变电流完成周期性变化的次数叫作它的频率。单位交变电流完成周期性变化的次数叫作它的频率。单位是是HzHz。频率越大，交变电流变化越快。频率越大，交变电流变化越快。例例1(1(多选多选)某正弦式交变电流的方向在某正弦式交变电流的方向在1 s1 s内改变内改变100100次次,则其周期则其周期T T和频率和频率f f分别为分别为()A.T=0.01 s A.T=0.01 s B.T=0.02 s B.T=0.02 s C.f=100 Hz C.f=1

3、00 Hz D.f=50 Hz D.f=50 Hz解析解析 由于正弦式交变电流一个周期内方向改变两次由于正弦式交变电流一个周期内方向改变两次,所以其频率为所以其频率为50 Hz,BD二、峰值和有效值二、峰值和有效值1 1、峰值（峰值（E Em m、I Im m、U Um m）(1)(1)定义定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大值。交变电流的电压、电流所能达到的最大值。(2)(2)意义意义：用来表示电流的强弱或电压的高低。用来表示电流的强弱或电压的高低。(3)(3)应用应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。耐压值（最大值）电容器上的标称电压

4、值是电电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最容器两极间所允许电压的最大值大值2 2、有效值（有效值（E E、I I、U U）(1)(1)定义定义：让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交如果在交变电流的变电流的一个周期一个周期内它们内它们产生的热量相等，产生的热量相等，这个恒定电流的电流这个恒定电流的电流I I、电压、电压U U，叫作这个交变电流的叫作这个交变电流的有效值有效值。(2)(2)理解理解应用应用：交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的。交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的。理解有效值重点在理解有效值重点在“等效

5、等效”,“”,“效果相同效果相同”在定义中体现为在定义中体现为相同电阻、相同电阻、相同时间、产生相同热量相同时间、产生相同热量，交变电流与多大的恒定电流，交变电流与多大的恒定电流“效果效果”相同相同，有，有效值就是多大。效值就是多大。保险丝熔断电流交流电压表、电流表的读数交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；有效值；一般交流电表测量的数值是一般交流电表测量的数值是有效值有效值。交变电流的数值在无特别说明时都指交变电流的数值在无特别说明时都指有效值有效值。凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效用有效值值

6、,在确定保险丝的熔断电流时在确定保险丝的熔断电流时也用有效值也用有效值标注的额定电压和额标注的额定电压和额定电流是定电流是有效值有效值3 3、有效值的两种计算方法有效值的两种计算方法(1)(1)特殊值法特殊值法：若按若按正正(余余)弦规律变化的交流电弦规律变化的交流电,可利用正弦式交变可利用正弦式交变电流的有效值与峰值间的关系求解电流的有效值与峰值间的关系求解,(2)(2)定义法定义法：非正弦式交流电非正弦式交流电，必须根据有效值的定义求解。，必须根据有效值的定义求解。练习、如图是通过一个练习、如图是通过一个 R R =1 1 的电阻的电流的电阻的电流 i i 随时间随时间t t变化的曲线。变

7、化的曲线。这个电流不是恒定电流。这个电流不是恒定电流。1.1.怎样计算通电怎样计算通电1 s1 s内电阻内电阻R R 中产生的热量？中产生的热量？2.2.如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻R R，也能在，也能在1 1 s s内产生同样的热，这个电流是多大？内产生同样的热，这个电流是多大？一个周期时间内一个周期时间内，交流通过，交流通过R R产生的热量产生的热量等效的恒定电流（有效值）一个周期时间内等效的恒定电流（有效值）一个周期时间内，产生的热量，产生的热量练习、练习、一交变电流随时间变化的图像如图所示一交变电流随时间变化的图像如图

8、所示,求此交变电流的有效求此交变电流的有效值。值。解析 设该交变电流的有效值为I,恒定电流的电流为I,让该交变电流和恒定电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恒定电流通过该电阻产生的热量Q=I2RT=0.2 sI2R。由Q=Q得,I=5 A,即此交变电流的有效值I=I=5 A。练习、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，正负半轴都是正弦练习、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，正负半轴都是正弦曲线的一个部分，则此交变电流的有效值为（）曲线的一个部分，则此交变电流的有效值为（）A B C DD D 练习、通过某交流电流表的电流练习、通

9、过某交流电流表的电流i i随时间随时间t t的变化关系如图所示，图的变化关系如图所示，图中曲线为正弦函数图像的一部分，该电表的示数为（）中曲线为正弦函数图像的一部分，该电表的示数为（）A、B、C、D、C C(2)(2)对于对于非正弦式交变电流有效值的计算。非正弦式交变电流有效值的计算。根据有效值的定义计算，根据有效值的定义计算，时间一般选取一个周期。时间一般选取一个周期。(3)(3)凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值凡涉及能量、电功以及电功率等物理量时均用有效值,在确定保在确定保险丝的熔断电流时也用有效值。险丝的熔断电流时也用有效值。特别提醒平均电动势：平均电动势：平均电流：平均电

10、流：电荷量：电荷量：计算电荷量用平均值计算电荷量用平均值4 4、平均值（、平均值（、）项目项目物理含义物理含义重要关系重要关系适用情况适用情况瞬时值瞬时值交变电流某一时刻的值交变电流某一时刻的值计算线圈某一时刻的受力计算线圈某一时刻的受力（安培力安培力）情况情况最大值最大值最大的瞬时值最大的瞬时值确定电容器的耐压值确定电容器的耐压值或击穿电压或击穿电压有效值有效值跟交变电流的跟交变电流的热效应等效热效应等效的的恒定电流值、电压值恒定电流值、电压值正弦式交变电流正弦式交变电流(1)(1)电流热效应相关量电流热效应相关量(如如功、功、功率功率、热量、热量)(2)(2)交流电表交流电表（电压表、电流

11、表）（电压表、电流表）的测量值的测量值(3)(3)电气设备电气设备铭牌铭牌标注额定电压标注额定电压、额定电流、额定电流(4)(4)保险丝的熔断电流保险丝的熔断电流平均值平均值交变电流图象中图线与时间交变电流图象中图线与时间轴所围面积与时间比值轴所围面积与时间比值(1)(1)某段时间某段时间内内产生的平均感应电动势产生的平均感应电动势(2)(2)某段时间某段时间内内产生感应电流的平均值产生感应电流的平均值(3)(3)某段时间某段时间内通过内通过横截面的电荷量横截面的电荷量5 5、交变电流四值比较、交变电流四值比较CDCD练习、（多选）练习、（多选）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动

12、在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙轴匀速转动，如图甲所示产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示则下列说法正确的是（）所示则下列说法正确的是（）A At t0.01s0.01s时穿过线框的磁通量最小时穿过线框的磁通量最小B B该交变电动势的有效值为该交变电动势的有效值为C C该交变电动势的瞬时值表达式为该交变电动势的瞬时值表达式为D D电动势瞬时值为电动势瞬时值为22V22V时，线圈平面与中性面的夹角为时，线圈平面与中性面的夹角为4545练习、如图所示，一个匝数练习、如图所示，一个匝数N=10N=10匝、面积为匝、面积

13、为0.2m0.2m2 2的矩形线圈的矩形线圈abcdabcd，其电，其电阻阻r=1r=1，以对称轴，以对称轴OOOO为轴匀速转动，转速为为轴匀速转动，转速为n=120r/minn=120r/min，OOOO的左侧有的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B=2.0TB=2.0T，M M和和N N是两个集流环，是两个集流环，负载电阻为负载电阻为R=4R=4，电表均理想，连接导线的电阻不计，圆周率为，电表均理想，连接导线的电阻不计，圆周率为，求：，求：（1 1）感应电动势的最大值。）感应电动势的最大值。（2 2）从图示位置转过角内，通过负载电阻）从图示位

14、置转过角内，通过负载电阻R R的电荷量的电荷量和平均感应电动势。和平均感应电动势。（3 3）电压表的示数。）电压表的示数。情境：在直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等，内阻相同。情境：在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前提下。接交流电和直流电，灯泡的亮度是否灯泡和电感器均相同前提下。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？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 L S u 电感器和电容器对交变电流的作用电感器和电容器对交变电流的作用（1 1）实验装置）实验装置（2 2）实验现象

15、）实验现象接通直流，灯泡亮度几乎相同。接通直流，灯泡亮度几乎相同。接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。匝数越多，灯泡越暗。匝数越多，灯泡越暗。频率越高，灯泡越暗。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。引起的阻碍作用，这叫感抗。线圈线圈的自感的自感越大，越大，线圈的感抗就越大。线圈的感抗就越大。交流交流的频率越高，线圈的感抗就越大。的频率越高，线圈的感抗就越大。1 1、电感对交变电流的作用、电感对交变电流的作用 三、电感对交变电流的作用三、电感对交变电流的作用 （4 4）实际应用：）实

16、际应用：低频扼流圈低频扼流圈通直流、阻交流通直流、阻交流高频扼流圈高频扼流圈通低频、阻高频通低频、阻高频线圈的自感系数线圈的自感系数(电感电感)越大，交变电流的频率越高，感抗越大越大，交变电流的频率越高，感抗越大线圈绕在铁心上线圈绕在铁心上,匝数多，感抗大匝数多，感抗大线圈绕在铁氧体上线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小匝数少，感抗小 （3 3）感）感抗：电感线圈对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用抗：电感线圈对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用X XL L表示表示A A.电流电流表示数增大表示数增大 B.B.电压电压表示数表示数增大增大C C.灯泡灯泡变暗变暗 D.D.灯泡灯泡变变亮亮BC BC

17、 L V A R 练习、（多选）练习、（多选）如图所示的电路中，如图所示的电路中，L L 为电感线圈，为电感线圈，R R 为灯泡，为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压电压为为 ，若，若保持电压的有效值不变，只将电源频率保持电压的有效值不变，只将电源频率改改为为 100 HZ100 HZ，下列说法正确的，下列说法正确的有有 ()()练练习习、（多多选选）如如图图所所示示实实验验电电路路中中，若若直直流流电电压压和和交交变变电电压压的的有有效效值相等，值相等，S S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是（为双刀双掷开关，下面叙述正确的是（）

18、A.A.当当S S掷向掷向a a、b b时灯较亮，掷向时灯较亮，掷向c c、d d时灯较暗时灯较暗B.B.当当S S掷向掷向a a、b b时灯较暗，掷向时灯较暗，掷向c c、d d时灯较亮时灯较亮C.SC.S掷向掷向c c、d d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.SD.S掷向掷向c c、d d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗AC AC 2 2、电容器对交变电流的阻碍作用、电容器对交变电流的阻碍作用5F20F23F（1 1）实验装置）实验装置（2 2）实验现象）实验现象接通接通直流，串联直流，串联有电容的有电容的支路支

19、路灯泡不亮。灯泡不亮。接通交流，串联有电容的支路中，灯接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。泡较暗。电容越大，灯泡越亮。电容越大，灯泡越亮。频率越高，灯泡越亮。频率越高，灯泡越亮。电容器对交流有阻碍作用。电容器对交电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。流阻碍作用的大小叫容抗。交流交流的频率越高，容抗越小的频率越高，容抗越小。电容器的电容越大电容器的电容越大，容抗越小，容抗越小。（4 4）实际应用：实际应用：隔直电容器隔直电容器通交流、隔直流通交流、隔直流旁路电容器旁路电容器通高频、阻低频通高频、阻低频后后级级输输入入前前级级输输出出（3 3）容抗：电容对交变电流阻碍作用的

20、大小叫做容抗，用容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用X X表示表示电容器串联在电路电容器串联在电路中中(C(C大大)电容器并联在电路电容器并联在电路中中(C C小小)四、电容器对交变电流的阻碍作用四、电容器对交变电流的阻碍作用电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小 练习、练习、有两个电容分别为有两个电容分别为C C1 1=5F=5F，C C2 2=3F=3F的两电容器，分别加在的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大()A A、在、在C

21、 C1 1上加上加f=50 Hzf=50 Hz的交变电流的交变电流B B、在、在C C2 2上加上加f=50 Hzf=50 Hz的交变电流的交变电流C C、在、在C C1 1上加上加f=60 Hzf=60 Hz的交变电流的交变电流D D、在、在C C2 2上加上加f=60 Hzf=60 Hz的交变电流的交变电流C C练习、（多选）练习、（多选）如如图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则（灯泡正常发光，则（）A.A.将将介质板插入电容器介质板插入电容器中，灯泡中，灯泡将变将变暗暗 B.B.增大增大交变电流的交变电流的频率，

22、灯泡频率，灯泡将变将变暗暗 C.C.把把电容器极板间距拉开电容器极板间距拉开一些，灯泡一些，灯泡将变将变暗暗 D.D.把把电容器两极板错开电容器两极板错开一些，灯泡一些，灯泡将变暗将变暗CDCD 通通交流隔交流隔直流直流 通通高频阻低频高频阻低频通直通直流阻交流流阻交流通低频阻高频通低频阻高频对直流、交流均有阻对直流、交流均有阻碍作用碍作用在电路在电路中特点中特点电容器两极板上积累的电荷对向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这个方向定向移动的电荷的反抗作用作用由于电感线圈的自感现象由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化阻碍电流的变化定向移动的自由电荷定向移动的自由电荷与不动

23、的离子间的碰与不动的离子间的碰撞撞产生产生原因原因容抗感抗电阻由电容的大小和交由电容的大小和交流电的频率流电的频率f f决定决定由线圈本身的自感系数由线圈本身的自感系数和交流电的频率和交流电的频率f f决定决定由导体本身决定，由导体本身决定，与温度有关与温度有关决定因素决定因素电能与电场能往复转化电能与电场能往复转化电能和磁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转化为内能电能的转化电能的转化归纳总结归纳总结v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，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。从而造成电能的损耗。知识点知识点:1 1、交变电流的周期和频率、交变电流的周期和频率2 2、交变电流的、交变电流的“四值四值”问题问题峰值（最大值）峰值（最大值）瞬时值瞬时值有效值有效值平均值平均值考点考点:1 1、电流热效应计算有效值电流热效应计算有效值（重点（重点)2 2、求解焦耳热与电荷量、求解焦耳热与电荷量3 3、电容与电感对交流电的作用（难点、电容与电感对交流电的作用（难点)交变电流的描述交变电流的描述