高中物理5.0《交变电流》

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1、交变电流的产生,直流电(DC),电流方向不随时间而改变,交变电流(AC),大小和方向都随时间做周期性变化的电流,交流发电机模型的原理简图,3、交流发电机有两种，即 、 其中转动的部分叫 ，不动的部分叫 发电机转子是由 、 或其它动力机带动,旋转磁极式,旋转电枢式,转子,定子,水轮机,蒸汽轮机,BS,最大,E=0,I=0,中性面,二、交变电流的产生,线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面,线圈经过中性面时，最大,VB,二、交变电流的产生,BS,=0,E最大,I最大,线圈与磁场平行时， 最小，但线圈中的电动势最大,VB,令,则有,e为电动势在时刻t的瞬时值， Em为电动势的最大值（峰值）,三、交变电

2、流的变化规律,以线圈经过中性面开始计时，转轴垂直匀强磁场在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）,a(b),d(c),（1）电动势按正弦规律变化,（2）电流按正弦规律变化,（3）电路上的电压按正弦规律变化,电流 通过R时：,三、交变电流的变化规律,成立条件： 转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,5.2描述交变电流 的物理量,一、描述交流电的物理量：,1、最大值（峰值）： Em Um m,、瞬时值： u i e,、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。,（3）角频率(圆频率)：线圈在匀强磁场中转动的角速度。,（2）频率：一秒内完成周期性变化的次数。,T和

3、f的物理意义：表征交流电变化的快慢,（4）关系：,我国生产和生活用交流电的周期T_s，频率f= _Hz，角速度_rad/s，在1s内电流的方向变化_次。,0.02,50,100,一个周期内电流方向改变两次。,例1.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为 （ ）,A400V，0.02s B200V, 0.02s C400V, 0.08s D200V, 0.08s,B,练习1：如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。,Im 20A,100 rad/s.,电流的瞬时表达式

4、为i20sin100t(A),T0.02s,、有效值： E U I,（1）定义：,根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。,（2）正弦交流电的有效值与峰值的关系：,(3)说明：,A、以上关系式只适用于正弦或余弦交 流电；,B、交流用电器的额定电压和额定电流 指的是有效值；,C、交流电流表和交流电压表的读数是 有效值,D、对于交流电若没有特殊说明的均指 有效值,E、电容器的耐压值是指峰值,例2.某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电的频率是_Hz。若将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的

5、耐压值不应小于_V；若将该电压加在一阻值为1K的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_A。,200,200,2,0.25,200,u/v,t/s,例3.如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。,练习2：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。,例4.图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。,（2）P甲:P乙I12R:I22R（I1I2）2,练习3:一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是P，当接到电压为u=10sintV的交流电源上，它的

6、发热功率 （ ） A0.25P B0.5P CP D2P,B,平均值：,B、求通过某导体截面的电量一定要用 平均值。,（4）注意：峰值（最大值）、有效值、平均值在应用上的区别。,A、在求交流电的功、功率或电热时必 须用交流电的有效值。,例5.如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈内阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90的过程中，求：,(1)通过电阻R的电量q；,(2) 电阻R上产生的焦耳热Q,在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的14，,练习4：边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO为轴

7、匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：,(1)线圈从图示位置转过T4的过程中产生的 热量Q,(2)线圈从图示位置转过T4的 过程中通过线圈某截面的电 量q,结束,5.3电感电容对 交变电流的影响,教 学 目 标,（一）知识与技能 1理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。 2知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。 3知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。 4知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。 （二）过程与方法 1培养学生独立思考的思维习惯。 2培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的

8、习惯。,（三）情感、态度与价值观 培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。 教学重点 1电感、电容对交变电流的阻碍作用。 2感抗、容抗的物理意义。 教学难点 1感抗的概念及影响感抗大小的因素。 2容抗概念及影响容抗大小的因素。 教学方法： 实验法、阅读法、讲解法。 教学手段： 双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6 V、0.3 A）、线圈（用变压器的副线圈）、电容器（“103 F、15 V”与“200 F、15 V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪,一、电感对交变电流的阻碍作用,1、感抗:(1)意义:反映电感对交流阻碍作用的大小,电感对交流电有阻碍作用,(2)决定因素,

9、自感系数越大、频率越高, 感抗越大,一、电感对交变电流的阻碍作用,1、感抗:(1)意义:反映电感对交流阻碍作用的大小,2、特性：,通直流、阻交流； 通低频、阻高频,3、应用：,线圈绕在铁心上,匝数多，感抗大,线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小,通直流、阻交流,通低频，阻高频,二、电容对交变电流的阻碍作用,电容器有“通交流，隔直流”的作用。,1、容抗:(1)意义:反映电容对交流阻碍作用的大小,二、电容对交变电流的阻碍作用,I,I,I,I,(2)决定因素,电容越大、频率越高,容抗越小,电容大一次充电量大; 频率高单位时间内充电次数多.所以电流大，容抗小。,1、容抗:(1)意义:反映电容对交流阻碍作用

10、的大小,2、特性：,通交流、隔直流； 通高频、阻低频,3、应用,（1）隔直电容：隔直流，通交流,2、特性：,通交流、隔直流； 通高频、阻低频,3、应用,（1）隔直电容：隔直流，通交流,（2）高频旁路电容：通高频，阻低频,通直流，阻交流,电容对交变电流的作用：,通交流，隔直流,电感对交变电流的作用：,低频扼流圈（L大）,高频扼流圈（L小）,隔直电容（C大）,高频旁路电容（C小）,通低频，阻高频,通高频，阻低频,5.3 电感和电容对交变电流的影响 小结,感抗和容抗跟电感和电容本身有关， 还跟交流的频率有关。,例1、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采

11、用图示电路，其L的作用是_，C的作用是_。,解析：因L有“通低频、阻高频”的特点，因此L的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有少量的高频成分，利用C“通高频、阻低频”的特点，因此C的作用是使高频成分流过。,P38说一说,练习1、如图所示，线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小（如L100H，C100pF）。此电路的主要作用是（ ） A阻直流、通交流，输出交流 B阻交流、通直流，输出直流 C阻低频、通高频，输出高频交变电流 D阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电,D,例2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U220V、频率f50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相同（L无直流电阻）。,（1）将交

12、流电源的频率变为f100Hz， 则 （ ） （2）将电源改为U220V的直流电源， 则 （ ） AA灯比原来亮 BB灯比原来亮 CC灯和原来一样亮 DC灯比原来亮,AC,BC,练习2、如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，A、B两端加直流电压时，甲灯正常发光，乙灯完全不亮；当A、B两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光。下列说法正确的有：（ ）,A与甲灯串联的元件X是电容器 B与乙灯串联的元件Y是电容器 C与甲灯串联的元件X是电感线圈 D与乙灯串联的元件Y是电感线圈,BC,自感系数较大的线圈,镇流器结构和作用：,启动时提供瞬时高压 正常工作时降压限流,镇流器,5

13、.4变压器,教 学 目 标,（一）知识与技能 1知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。 2理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。 （二）过程与方法 在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 1使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。 2培养学生实事求是的科学态度。 教学重点：探究变压比和匝数比的关系。 教学难点：探究变压比和匝数比的关系。 教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。 教学手段：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡,但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使这些额定电压

14、不是220V的电器设备正常工作的呢？,几种常见的变压器,一、变压器的构造,注意：线圈必须绕在铁芯上，铁芯必须是闭合的。,问题：变压器原线圈和副线圈电路是否相通？,变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈两端的交流电压U2是怎样产生的？,( 不相通）,原线圈 接 交 流 电,在铁芯中 产生变化 的磁通量,副线圈 产生感 应电动势,副线圈中 如有电流,在铁芯中 产生变化 的磁通量,原线圈 产生感 应电动势,二、变压器的工作原理,互感现象是变压器工作的基础,二、变压器的工作原理,-互感现象,强调： 原、副线圈之间是通过交变磁场相互联系的，且穿过它们的磁通量始终相等。 从能量的角度

15、看，显然变压器不能产生电能，只是通过交变磁场传输电能。,思考：若给原线圈接直流电压U1，副线圈 电压U2 情况怎样？,U20,问题1：原、副线圈不套在闭 合铁芯上，是否仍然存在互感现象？,问题2：为什么说闭合铁芯是变压器的必要组成部分？ （铁芯的作用是什么？）,（仍存在）,如果无铁芯，原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能。如有铁芯，由于铁芯被磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率。,如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是物理学中又一种理想化模型。,理想变压器,实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%99%，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有问题的。,三、理想变压器的变压规律,原、副线圈中产生的感应电动势分别是：,E1=n1/ t,E2=n2/ t,若不考虑原副线圈的内阻有 U1=E1 U2=E2,理想变压器原副线圈的端电压之