《2020版高中物理人教选修3-2课件：5.2描述交变电流的物理量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高中物理人教选修3-2课件：5.2描述交变电流的物理量（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 描述交变电流的物理量 一 周期和频率 1 周期 1 定义 交变电流 完成一次 所需的时间 叫作交变电流的周期 用符号 表示 2 单位 s 3 意义 周期越大 表明交变电流变化 周期性变化 T 秒 越慢 2 频率 1 定义 交变电流在 完成周期性变化的次数 叫 作交变电流的频率 用符号 表示 2 单位 赫兹 Hz 简称赫 3 意义 频率越高 表明交变电流变化 1 s内 f 越快 3 周期和频率的关系 T 或f 4 角速度 1 定义 产生交变电流的线圈 转过的角度 用符号 表示 2 单位 弧度每秒 rad s 3 意义 角速度越大 表明交变电流变化 单位时间内 越快 5 转速 1 定义 产生交
2、变电流的线圈 转过的圈数 用符号 表示 2 单位 转每秒 r s 3 意义 转速越大 表明交变电流变化 单位时间内 n 越快 6 周期 频率 角速度 转速之间的关系 T 2 f 2 n 二 峰值和有效值 1 峰值 1 定义 交变电流的电流或电压所能达到的 2 意义 峰值可以表示交变电流的强弱 3 应用 交变电流的用电器的最大耐压值应 选填 高于 或 低于 交流电压的峰值 最大数 值 高于 2 有效值 1 定义 让交变电流和恒定电流通过大小相同的电阻 如果在交流的 内它们产生的 这个恒 定电流的电流 电压叫作这个交流电的有效值 2 定义方法 有效 指的是电流的 的等效 一个周期热量相等 热效应
3、3 应用 电气设备铭牌上 的额定电压 额定电流 都是有效值 交流电压表和交流电流表 的也是有 效值 以后提到的交变电流的数值 没有 都 指有效值 标注 测量 特别说明 3 在正弦式交变电流中 有效值E U I与峰值Em Um Im之间的关系 1 E 0 707Em 2 U 0 707Um 3 I 0 707Im 三 相位 1 概念 交变电流的表达式u Umsin t 中的相当 于角度的量 即 称为交变电流的 2 初相位 t 0时交变电流的 3 相位差 两支交变电流的 之差 对于频率相同的 两个交变电流 其相位差等于其 之差 即 2 1 t 相位 相位 相位 初相位 4 意义 不同的交流发电机向
4、同一个电网供电时 它们 的 必须完全相同 否则会降低输电效率甚至会损坏 输电设备 相位 思考辨析 1 我国电网中的交变电流的频率是100 Hz 2 所有交变电流的峰值都是有效值的 倍 3 交变电流的有效值即为一个周期内的平均值 4 若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动产生的 则交变电流的周期也是线圈匀速转动的周期 5 在正弦式交变电流图象中 t轴两侧的两部分是对称 的 所以有效值为零 提示 1 我国电网中的交变电流的频率是50 Hz 2 只有正弦式交变电流的峰值才是有效值的 倍 其他一般不存在这种关系 3 交变电流的有效值是根据电流的热效应定义 的 交变电流的平均值是根据法拉第电磁感应定律 n
5、 得出的 4 若交变电流是线圈在匀强磁场中匀速转动产生 的 则交变电流的周期和线圈匀速转动的周期相同 且 匀速转动的周期决定交变电流的周期 5 交变电流的有效值是根据电流的热效应定义 的 t轴上下部分是对称的 故其正负半周期的热效应是 相同的 有效值等于峰值的 倍 一 交变电流有效值的理解与计算 考查角度1 根据图象确定描述交变电流的物理量 典例1 某交流发电机中 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的关系如图所示 如果此线圈和一个R 100 的电阻构成闭合电路 不 计电路的其他电阻 下列叙述正确的是世纪金榜导 学号 A 交变电流的周期为0 02 s B 交变电流的最大值
6、为1 A C 交变电流的有效值为1 A D 电阻R两端的最大电压为141 V 正确解答 选B 由图线可知 交变电流的周期为 0 04 s 选项A错误 交变电压的最大值为100 V 则电流 的最大值Im 选项B正确 交变电流的有 效值为I 选项C错误 电阻R两端的最大电压 为100 V 选项D错误 故选B 核心归纳 1 交变电流有效值的定义 1 交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的 2 等效是指恒定电流和交变电流 在相同的时间内 在 相同的电阻上产生的热量相同 3 通常所说的交变电流的电压 电流 用电表测量的 交变电流的电压 电流 以及用电器的额定电压 额定 电流 还有保险丝的熔断电流 都是
7、指有效值 2 交变电流有效值的计算 1 若是正弦式交变电流 可利用交变电流的有效值与 峰值间的关系求解 即E 2 若不是正弦式交变电流 则必须根据电流的热效应 来求解其有效值 且时间取一个周期 3 求解思路 假设让交变电流通过电阻R 计算交变电 流在一个周期内产生的热量Q 可分段计算 其中热量 Q用相应的物理量I或U来表示 如Q I2Rt或Q 则I或U为交变电流的相应有效值 特别提醒 1 E I 只适用于正 余 弦式交变电流 对于 按其他规律变化的交变电流 上述关系式一般不再适 用 2 对于非正弦式交变电流有效值的计算 时间一般选 取一个周期 3 凡涉及能量 电功以及电功率等物理量时均用有效
8、值 在确定保险丝的熔断电流时也用有效值 考查角度2 非正弦式交变电流的有效值的计算 典例2 如图所示是一交变电流的i t图象 则该交变 电流的有效值为 世纪金榜导学号 A 4 A B 2 A C A D A 正确解答 选D 设交变电流的有效值为I 电阻为 R 周期为T 3 10 2 s 根据热效应得 I2R 3 10 2 R 1 10 2 42R 2 10 2 解得 I A 故选D 核心归纳 1 根据有效值的定义求解交变电流有效值 取一个周 期时间 将交流与直流分别通过相同的电阻 若产生的 热量相同 直流的电流值 即为此交流的有效值 2 对一个交变电流中存在几种形式 则在一个周期内分 段求出产
9、生的热量 求其和 3 对一个交变电流中出现不同段的恒定电流 求有效值 需分段用焦耳定律求解 特别提醒 计算交变电流有效值的两点注意 1 若电流是正弦式交变电流 则可直接用 E 0 707Em U 0 707Um I 0 707Im计算 2 若电流为非正弦式交变电流时 必须根据有效值的 定义求解 过关训练 1 如图所示表示交变电流的电流随时间变化的图象 此 交变电流的有效值是 A 5 AB 5 A C 3 5 A D 3 5 A 解析 选B 根据有效值的定义知 R R I2RT 有 4 2 3 2 I2 解得 I 5 A 故B正确 A C D错误 故选B 2 如图所示为某一交流电的电流 时间图象
10、 前半周期 为正弦交流电 则一周期内该电流的有效值为 A I0B I0 C I0D I0 解析 选B 设交流电电流的有效值为I 周期为T 电阻为R 则有 I2RT R 2I0 2R 解得 I I0 故选B 补偿训练 A B是两个完全相同的电热器 A通以图甲的方波交变 电流 B通以图乙所示的正弦交变电流 则两电热器的电 功率之比PA PB等于 A 5 4 B 3 2 C 1D 2 1 解析 选A 根据有效值的定义 对甲图则有 R R RT 求出IA I0 对乙图有 IB I0 根据功率公式P I2R得 故选A 二 正弦式交变电流的四值的对比与应用 考查角度1 有效值与平均值的区别 典例1 如图所
11、示 单匝矩形闭合导线框abcd全部处 于磁感应强度为B的水平匀强磁场中 线框面积为S 电 阻为R 线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度 匀速转动 下列说法正确的是 世纪金榜导学号 A 转过图示位置时 线框中的电流方向为abcda B 转动过程中线框产生感应电流的有效值为 C 线框转一周的过程中 产生的热量为 D 从图示位置开始转过 的过程中 通过导线横截面的 电荷量为 正确解答 选B 线框经过图示位置时 线框各边均 不切割磁感线 线框中无感应电流 故A错误 线圈转动 过程中产生电动势的有效值为E 所以电流 的有效值为I 故B正确 产生的热量Q I2RT R 故C错误 从图示位置开始转过 的
12、过程中 通过导线横截面的 电荷量为q 故D错误 故选B 考查角度2 交变电流的四值 典例2 如图所示 ab 25 cm ad 20 cm 匝数为50匝的矩形线圈 线圈总电阻r 1 外电路电阻R 9 磁感应强度 B 0 4 T 线圈绕垂直于磁感线的OO 轴以角速度 50 rad s匀速转动 求 世纪金榜导学号 1 从此位置开始计时 它的感应电动势的瞬时值表达 式 2 转动过程中感应电动势的最大值 3 1 min内R上消耗的电能 4 当从该位置转过60 时 R的瞬时电功率是多少 5 线圈由如图位置转过30 的过程中 通过R的电量为 多少 正确解答 1 从此位置开始计时 它的感应电动势 的瞬时值表达
13、式 e nBS cos t 50 0 4 0 2 0 25 50cos50t 50cos50t V 2 感应电动势的最大值 Em nBS 50 0 4 0 2 0 25 50 50 V 3 产生的感应电流按正弦规律变化 E 25 V I 2 5 A E Q I2Rt 6 750 J 4 从该位置转过60 时 R上的瞬时电压 U nBS cos60 22 5 V R上的瞬时电功率P 56 25 W 5 线圈由如图位置转过30 的过程中 通过R的电量 q n n 0 05 C 答案 1 e 50cos50t V 2 50 V 3 6 750 J 4 56 25 W 5 0 05 C 核心归纳 交变
14、电流的四值辨析 特别提醒 1 交变电流的平均值是针对某一段时间或某一段过程 的物理量 在不同时间内平均值一般不同 绝不能认为 整个过程中平均值相同 2 电动势的平均值不能认为是始末两时刻的平均值 而是由法拉第电磁感应定律计算得到 3 一定要区分交变电流的四值的物理意义 解决不同 问题选用不同的物理量 4 不能认为有效值就是平均值 两者的物理意义 计 算方法 应用对象都不同 过关训练 1 如图甲所示 一个匝数N 200 电阻r 2 的矩形线 圈置于磁感应强度B 1 T的匀强磁场中 绕垂直于磁场 的轴OO 匀速转动 产生的电流通过滑环与电刷输送到 外电路 电路中的交流电压表为理想电表 可变电阻R
15、接入电路的阻值为18 穿过线圈的磁通量随时间的 变化规律如图乙所示 则下列说法正确的是 A 线圈的面积为0 03 m2 B 线圈内产生的感应电动势的峰值为300 V C 理想交流电压表的读数约为255 V D 通过可变电阻的电流的瞬时值表达式为 i 20sin100t A 解析 选C 交流发电机产生电动势的最大值 Em NBS 根据 t图线得出周期T以及角速度 从而求 出感应电动势的最大值 交流发电机产生电动势的最大 值Em NBS 交流电压表显示的是路端电压有效值 由 图乙可知 m 0 02 Wb 而 m BS 所以线圈的面积为 S 0 02 m2 A错误 由图乙可知T 0 062 8 s
16、所以 100 rad s 则线圈内产生的感应电动势的峰值 为Em NBS 400 V B错误 理想交流电压表的读数为有 效值 U 255 V C正确 通过可变电阻的电 流的峰值为Im 20 A 由图乙可知电流按余弦规律 变化 所以电流的瞬时值表达式为i 20cos100t A D错 误 故选C 2 2019 济南高二检测 如图 匀强磁场的磁感应强度 B 0 5 T 边长为L 10 cm的正方形线圈abcd共100匝 线 圈电阻r 1 线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动 2 rad s 外电路电阻R 4 求 世纪金榜导学号 1 线圈产生的感应电动势的最大值 2 交流电压表的示数 3 线圈转动一周在电阻R上产生的热量 解析 先根据Em NB S求出最大值 电压表测量的是 电阻R的电压 根据闭合电路欧姆定律即可求解 根据焦 耳定律计算电阻R上的热量 1 线圈产生的感应电动势的最大值 Em nBS 100 0 5 0 1 0 1 2 V V 2 感应电动势有效值为 E V 电流强度为 I 电压表测量的是电阻R两端的电压为 U IR 4 V 3 交流电的周期 T 线圈转动一周电阻R上产生的热量为 Q
