魯科版高中物理選修3-2課件：3.1交變電流的特點(diǎn)

1、導(dǎo)入新課 （1）用公式法描述。從中性面開始計(jì)時，得出： 瞬時電動勢：e =Emsint 瞬時電流：i = Imsint 瞬時電壓：u =Umsint 其中Em=NBS如何描述交變電流的變化規(guī)律呢？（2）用圖象法描述。如圖所示： 除了電流、電壓，還有什么物理量可以描述交變電流？第一節(jié) 交變電流的特點(diǎn) （1）知識與技能知道交變電流的周期和頻率，以及它們與轉(zhuǎn)子角速度的關(guān)系。知道交變電流和電壓的最大值、瞬時值、有效值等及其關(guān)系。知道我國供電線路交變電流的周期和頻率。教學(xué)目標(biāo)（2）過程與方法用等效的方法得出描述交變電流的有效值。學(xué)會觀察實(shí)驗(yàn)，分析圖象，由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的思維方式。 （3）情感態(tài)度與價

2、值觀 通過對描述交變電流的物理量的學(xué)習(xí)，體會描述復(fù)雜事物的復(fù)雜性，樹立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)和認(rèn)識事物的態(tài)度。聯(lián)系日常生活中的交變電流知識，培養(yǎng)學(xué)生將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)際的意識，鼓勵學(xué)生勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題。教學(xué)重、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)周期、頻率的概念，有效值的概念和計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)有效值的概念和計(jì)算。 本 節(jié) 導(dǎo) 航 1.周期和頻率2.峰值和有效值1.周期和頻率 首先考慮用什么物理量來描述交變電流變化的快慢呢？ 交變電流跟別的周期性過程一樣，是用周期或頻率來表示變化快慢的。表征交變電流變化快慢的物理量 （1）周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時間，用T表示，單位是s。 （2）頻率

3、：1s內(nèi)交變電流完成周期性變化的次數(shù)，用f表示，單位是Hz。表征交流電變化快慢的物理量0t/sU/VT 周期T：交變電流完成一次周期變化所用的時間。 頻率F：1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。T = 1/f = 2/T = 2f （3）角頻率 ：就是線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動的角速度單位：rad/s.角頻率、頻率和周期的關(guān)系： （1）我國工農(nóng)業(yè)及生活用電的周期為0.02s，頻率為50Hz，電流方向每秒改變100次。 （2）交變電流的周期和頻率跟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度有關(guān)。越大，周期越短、頻率越高。 說明 把小燈泡接在手搖交流發(fā)電機(jī)模型的輸出端。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由小增大時，我們看到，小燈泡發(fā)光的閃爍頻率也由小增大，

4、當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大到一定程度，由于交變電流的大小和方向變化太快，由于人眼存在視覺暫留的緣故，所以眼睛已不能分辨燈光的閃爍。這就是為什么照明電是交變電流，而電燈亮?xí)r看不見一閃一閃的原因。演示實(shí)驗(yàn) 例1.某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系，如圖所示，如果其它條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動勢的最大值和周期分別變?yōu)椋?）A 400V 0.02s B 200V 0.02sC 400V 0.08s D 200V 0.08sB 解析：從圖中看出，該交流電的最大值和周期分別是：Em100V，T0.04s，而最大值EmNBS，周期T2；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速加倍時，2，故Em2Em200V，TT20.02s.故

5、選B。例2.下列說法正確的是（ ） A 交變電流在一個周期內(nèi)電流方向改變兩次。 B 交變電流的有效值總是最大值的倍。 C 因?yàn)橛行е当硎窘涣鳟a(chǎn)生的平均效果，所以有效值與平均值相同。 D 若正弦交變電流的最大值是10A，則它的最小值是-10A。A解析：線圈平面每經(jīng)過中性面一次，電流方向改變一次，在一個周期內(nèi)線圈平面有兩次經(jīng)過中性面，對于正弦式交變電流有效值是最大值的倍，對其他的交變電流不一定有這樣的關(guān)系，交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，與平均值不同，交變電流的正負(fù)表示電流的方向，不表示電流的大小，交變電流的最小值為零。 所以，正確選項(xiàng)為A。 2.峰值和有效值 首先考慮用什么物理量來描

6、述交變電流的大小呢？ 交變電流是用峰值和有效值來表示大小的。描述交變電流的大?。悍逯担篍m、Im、Um瞬時值：e、i、u有效值: E、I、U 物理量都有約定的表示法，千萬不要混用！峰值 交變電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值。又叫最大值。 用來表示交變電流的電流或電壓變化幅度。 （Em Um m ） （1）最大值在實(shí)際中有一定的指導(dǎo)意義，所有使用交流的用電器，其最大耐值應(yīng)大于其使用的交流電壓的最大值，電容器上的標(biāo)稱電壓值是電容器兩極間所允許電壓的最大值。說 明 （2）線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速旋轉(zhuǎn)時，電動勢的最大值 Em= NsB，電流的最大值m=Em/R。 （3）最大值可以表示交變

7、電流的強(qiáng)弱或電壓的高低，但不適于用來表示交流產(chǎn)生的效果。 電容耐壓值（最大值） 例1.如圖所示為某正弦交流電流的圖像，求其峰值、周期和角速度。 解析：從圖中可看出交變電流的周期T0.02s，在t0.0025sT8時，電流為14.14A，而tT8時線圈從中性面轉(zhuǎn)過的角度為45。由電流表達(dá)式iImsint得：14.14Imsin45,Im14.14sin4520A,而2T314rad/s.故此電流的瞬時表達(dá)式為i20sin314t(A)有效值 如圖所示的電流通過一個R=1的電阻，它不是恒定電流。（1）怎樣計(jì)算通電1s內(nèi)電阻R中產(chǎn)生的熱量？ 解析：圖象反映的交變電流可以分為4段。前半個周期中，0-0

8、.2S內(nèi)，可看成電流大小為1A的恒定電流，0.2S-0.5S內(nèi)，可看成電流大小為2A的恒定電流.后半個周期的電流與前半個周期方向相反，但產(chǎn)生熱量相同。 交流電的熱量： （2）如果有一個大小、方向都不變的恒定電流通過電阻R，也能在1s內(nèi)產(chǎn)生同樣的熱，這個電流是多大? 解析：恒定電流的熱量： 甲、乙圖中電爐燒水,設(shè)壺材料相同、水質(zhì)量相等、水的初溫相同若直流電源用10分鐘把水燒開，而第二次用交流電時也用10分鐘把水燒開。情景甲乙我的電流是恒定的3A我10分鐘把水燒開我10分鐘也把水燒開！我的電流是變化的我的電流有效值也是3A交流電的熱效果和直流電相同 規(guī)定：讓交流電和直流電通過同樣阻值的電阻，如果它

9、們在同一時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，這一交流電的有效值就跟這個直流電的數(shù)值相等。 對正弦交流電有： I= U= E= （1）概念的引入：為了反映交變電流所產(chǎn)生的效果，引入有效值的概念。 （2）定義：使交變電流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相等時間內(nèi)產(chǎn)生相等的熱量，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值。 （3）特點(diǎn)：交變電流的有效值根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定，與電流的方向無關(guān)，在計(jì)算時，要緊扣電流通過電阻生熱或熱功率進(jìn)行計(jì)算，“相同時間”至少要取一個周期的時間。有效值與最大值之間的關(guān)系 任何電流都有有效值，但上述關(guān)系只限于正弦交變電流，對其他形式的交變電流并不適用。平均值求通過某導(dǎo)體截面的電量

10、一定要用平均值。 它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時間的比值.其量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律。瞬時值 它是反映不同時刻交變電流的大小和方向，正弦式電流瞬時值表達(dá)式為正弦函數(shù)時,應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始。 e=NBSsin注意 （1）交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值。 （2）交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值。 （3）在求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值。 （4）對于交流電若沒有特殊說明的均指有效值。有效值與平均值不同 交變電流的平均值是交變電流圖像中波形與橫軸所圍的面積跟時間的比值，與交流的方向，時間長短有關(guān)。 在計(jì)算交變電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的焦耳熱，做功的電功率

11、以及保險絲的熔斷電流時，只能用交變電流的有效值；在計(jì)算通過導(dǎo)體某一截面的電量時，只能用交變電流的平均值。瞬時值、最大值、有效值的符號：電動勢電壓電流瞬時值eui最大值EmUmIm有效值EUI物理量定義符號單位物理意義T、f、的關(guān)系周期頻率瞬時值峰值交變電流完成一次周期性變化所需要的時間Ts描述交變電流變化的快慢T=1/f,=2f單位時間完成周期性變化的次數(shù)fHZ同上某一時刻的值e,u,iV,V,A描述某一時刻的情況交變電流的最大值V,V,A描述電壓高低和電流強(qiáng)弱Em,Um,Im填表動畫：規(guī)律分析1動畫：規(guī)律分析2動畫：交流發(fā)電機(jī)的工作原理圖象課 堂 小 結(jié) 1.周期：交變電流完成一次周期性變化

12、所需的時間。 2.頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。 3.峰值：交變電流在一個周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值。 4.平均值：是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時間的比值。高 考 鏈 接 1.（1991年全車高考題）在相同的時間內(nèi)，某正弦交流電通過一阻值為100的電阻產(chǎn)生的熱量，與一電流強(qiáng)度為3A的直流電通過同一阻值的電阻產(chǎn)生的熱量相等，則 （ ）AC A 此交流電的電流強(qiáng)度的有效值為3A，最大值為3 A B 此交流電的電流強(qiáng)度的有效值為3A,最大值為6A C 電阻兩端的交流電電壓的有效值為300V，最大值為300 V D 電阻兩端的交流電電壓的有效值為300 V，最大值為600V 2.（19

13、95年全國高考題）圖表示一交流電的電流隨時高而變化的圖像。此交流電的有效值是（ ） A 5 A B 5A C 3.5 A D 3.5AB 3.（1997年全國高考題）如圖所示的兩電路中，當(dāng)a、b兩端與e、f兩端分別加上220V的交流電壓時，測得c、d間與g、h間的電壓均為110V。若分別在c、d兩端與g、h兩端加上110V的交流電壓，則a、b間與e、f間的電壓分別為（ ） A 220V，220V B 220V，110V C 110V，110V D 220V，0B 課 堂 練 習(xí) 1.關(guān)于正弦式電流的有效值，下列說法中正確的是（ ） A 有效值就是交流電在一周期內(nèi)的平均值。 B 交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的。 C 在交流電路中，交流電流表和交流電壓表的示數(shù)表示的都是有效值。 D 對于正弦式電流，最大值的平方等于有效值平方的2倍。 B C D 2.兩個相同電阻分別通以下圖兩種電流，則在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量QAQB= . 1:2 3.在如圖所示電路中，已知交流電源電壓U=200sin(100t)V，電阻R=100。則電流表