2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流第2节交变电流的描述(6)课件

交变电流的描述交变电流的描述1周期周期交交变变电电流流完完成成_所所需需的的时时间间,用用T表表示示,单单位是位是_2频率频率交交变变电电流流在在1 s内内完完成成周周期期性性变变化化的的_,用用f表表示示,单单位位是是_,符号符号_3二者关系：二者关系：T_或或f_一次周期性变化一次周期性变化秒秒次数次数赫兹赫兹Hz某某交交变变电电流流的的瞬瞬时时表表达达式式为为i10sin100t(A),如如何何确确定定其交其交变电变电流的周期和流的周期和频频率率1打打点点计计时时器器所所接接交交流流电电频频率率f50 Hz时时,打打点点周周期期为为T0.02 s()2交交变变电电流流的的周周期期越越大大,交交变变电电流流的的变变化化就就越越快快()3我国我国电电网中交流网中交流电电的的频频率是率是100 Hz.()1峰值峰值(1)定定义义：交：交变电变电流的流的电压电压、电电流所能达到的流所能达到的_(2)应应用用：电电容容器器所所能能承承受受的的电电压压要要高高于于交交流流电电压压的的峰峰值值最大数值最大数值2有效值有效值 (1)定定义义：让让交交变变电电流流和和恒恒定定电电流流分分别别通通过过_的的电电阻阻,在在交交流流的的一一个个周周期期内内,它它们们产产生生的的_相相等等,这这个个恒恒定定电电流流的的电电流流、电电压压,叫叫做做这这个个交交变变电电流流的的电电流流、电电压压的的有有效效值值 (2)应应用用交流用交流用电设备电设备上所上所标标的的额额定定电压电压和和额额定定电电流流交流交流电压电压表表测测量的数量的数值值无特无特别说别说明明时时提到的交提到的交变电变电流的数流的数值值大小相同大小相同热量热量3关系：关系：对对于正弦式交于正弦式交变电变电流流,有效有效值值I、U与峰与峰值值Im、Um之之间间的关系：的关系：I_,U_所所有有交交变变电电流流的的峰峰值值和和有有效效值值之之间间都都满满足足倍倍的的关关系系吗吗？1某某段段时时间间内内的的交交流流电电平平均均值值等等于于这这段段时时间间始始末末时时刻刻瞬瞬时值时值的算的算术术平均平均值值()2我我国国民民用用交交变变电电流流,照照明明电电压压为为220 V和和动动力力电电压压380 V都是指有效都是指有效值值()3交交变变电电流流的的有有效效值值即即为为一一个个周周期期内内的的平平均均值值()1相相位位与与初初相相位位：如如图图521所所示示,甲甲、乙乙两两交交流流电电的的表达式分表达式分别为别为：图图521u甲甲_；u乙乙_；其其中中“t”叫叫做做交交变变电电流流的的相相位位,是是t0时时的的相相位位,叫叫做交做交变电变电流的流的_2相相位位差差：两两支支交交流流的的_叫叫做做它它们们的的相相位位差差U m sintU m sin(t)初相位初相位相位之差相位之差 如如图图522所所画画两两个个交交流流电电,其其中中i1比比i2超超前前还还是是滞滞后后？它它们们相位差是多少？相位差是多少？图图522【提示提示】i1比比i2超前超前12,或者或者i2比比i1滞后滞后.1如如果果两两个个频频率率相相同同的的交交流流电电的的相相位位差差是是或或的的奇奇数倍数倍,则则它它们们反相反相,即即变变化步化步调调始始终终相反相反()2初相位的大小没有什么初相位的大小没有什么实际实际意意义义()学生分学生分组组探究一探究一对有效值的理解与计算对有效值的理解与计算第第1步探究步探究分层设问分层设问,破解疑难破解疑难1某某用用电电器器铭铭牌牌上上标标有有“额额定定电电压压220 V”和和“工工作作频频率率50 Hz”的字的字样样,其中其中“220 V”有什么含有什么含义义？【提提示示】220 V是是指指该该用用电电器器所所使使用用的的电电源源电电压压有有效效值为值为220 V.2试试探探究究分分析析计计算算交交变变电电流流的的有有效效值值应应注注意意哪哪几几个个方方面的面的问题问题？第第2步步结论结论自我总结自我总结,素能培养素能培养1有效值的理解有效值的理解 (1)交交变变电电流流的的有有效效值值是是根根据据电电流流的的热热效效应应定定义义的的,与与电电流的方向无关流的方向无关 (2)“等等效效”理理解解：相相同同电电阻阻、相相同同时时间间,产产生生相相同同热热量量交交变电变电流与多大的直流流与多大的直流电电“效果效果”相同相同,有效有效值值就是多大就是多大3几种常见交变电流的有效值几种常见交变电流的有效值交变电流名称交变电流名称交变电流图象交变电流图象有效值有效值正弦式交正弦式交变电变电流流U Um正弦半波交正弦半波交变变电电流流U Um正弦正弦单单向脉冲向脉冲电电流流U矩形脉冲矩形脉冲电电流流U Um非非对对称性交称性交变电变电流流U 第第3步例步例证证典例印证典例印证,思维深化思维深化电电阻阻R1、R2与与交交流流电电源源按按照照图图523(1)方方式式连连接接,R110,R220.合合上上开开关关S后后,通通过过电电阻阻R2的的正正弦弦式式交交变变电电流流i随随时间时间t变变化的情况如化的情况如图图523(2)所示所示则则()图图(1)图图(2)图图523【答案答案】B计算有效值的注意事项计算有效值的注意事项1方方波波式式交交变变电电流流正正负负半半周周期期最最大大值值不不相相等等时时,分分段段计算电热计算电热2应取一个周期或周期的整数倍计算电热应取一个周期或周期的整数倍计算电热第第4步巧步巧练练精选习题精选习题,落实强化落实强化1.5 2 4(2013海海南南高高考考)通通过过一一阻阻值值R100 的的电电阻阻的的交交变变电电流流如如图图524所所示示,其其周周期期为为1 s电电阻阻两两端端电电压压的的有有效效值值为为()【答案答案】B2两两个个完完全全相相同同的的电电热热器器分分别别通通过过如如图图525甲甲和和乙乙所所示示的的电电流流最最大大值值相相等等的的方方波波式式交交变变电电流流和和正正弦弦式式交交变变电电流流,则这则这两个两个电热电热器功率器功率Pa、Pb之比之比为为()图图525A1 1B2 1C1 2 D4 1【答案答案】B学生分学生分组组探究二探究二交变电流的交变电流的“四值四值”对比对比第第1步探究步探究分层设问分层设问,破解疑难破解疑难1交交变变电电流流的的有有效效值值是是不不是是其其在在某某一一段段时时间间的的平平均均值值？【提提示示】不不是是有有效效值值不不同同于于平平均均值值,有有效效值值是是根根据据电流的热效应定义的电流的热效应定义的,而平均值是平均效果而平均值是平均效果2试试分分析析一一个个击击穿穿电电压压为为250 V,电电容容为为6107 F的的电电容器能否容器能否连连接到接到“220 V50 Hz”的正弦式交的正弦式交变电变电源上？源上？第第2步步结论结论自我总结自我总结,素能培养素能培养物理含物理含义义 重要关系重要关系适用情况适用情况瞬瞬时时值值交交变电变电流某一流某一时时刻的刻的值值eEmsintiImsint计计算算线线圈某一圈某一时时刻的受力情刻的受力情况况最大最大值值最大的瞬最大的瞬时值时值EmNBSIm确定用确定用电电器的器的耐耐压值压值有效有效值值跟交跟交变电变电流流的的热热效效应应等等效的恒定效的恒定电电流流值值EUI(1)计计算与算与电电流流热热效效应应相相关的量关的量(如功率、如功率、热热量量)(2)交流交流电电表的表的测测量量值值(3)电电气气设备标设备标注的注的额额定定电压电压、额额定定电电流流(4)保保险丝险丝的熔断的熔断电电流流平均平均值值交交变电变电流流图图象中象中图线图线与与时间轴时间轴所所夹夹面面积积与与时间时间的比的比值值EnI计计算通算通过电过电路截面的路截面的电电荷量荷量第第3步例步例证证典例印证典例印证,思维深化思维深化(1)转动转动中感中感应电动势应电动势的最大的最大值值和有效和有效值值；(2)写出从写出从图图中位置开始中位置开始计时计时的交的交变电变电流的瞬流的瞬时值时值表达式；表达式；(3)电电路中交流路中交流电压电压表和表和电电流表的示数；流表的示数；(4)线线圈从圈从图图示位置示位置转过转过90的的过过程中通程中通过电过电阻阻R的的电电荷量荷量【思思路路点点拨拨】(1)线线圈圈在在磁磁场场中中匀匀速速转转动动产产生生的的是是正正弦弦式式电流电流(2)电表的示数应为交流电的有效值电表的示数应为交流电的有效值(3)求解电荷量应用交流电的平均值求解电荷量应用交流电的平均值【答案答案】(1)50 V35.4 V(2)e50 sin 10t(V)(3)31.86 V3.54 A(4)0.16 C计计算算电电荷荷量量只只能能用用平平均均值值；计计算算电电功功、电电功功率率、电电热热等等与与热热效效应应有有关关的的量量必必须须用用有有效效值值；电电压压表表、电电流流表表所所测测量到的也是有效值量到的也是有效值第第4步巧步巧练练精选习题精选习题,落实强化落实强化1(多多选选)如如图图527(1)所所示示,在在匀匀强强磁磁场场中中,一一矩矩形形金金属属线线圈圈两两次次分分别别以以不不同同的的转转速速,绕绕与与磁磁感感线线垂垂直直的的轴轴匀匀速速转转动动,产产生生的的交交变变电电动动势势图图象象如如图图527(2)中中曲曲线线a、b所所示示,则则()图图527A两次两次t0时时刻刻线线圈平面均与中性面重合圈平面均与中性面重合B曲曲线线a、b对应对应的的线线圈圈转转速之比速之比为为2 3C曲曲线线a表示的交表示的交变电动势频变电动势频率率为为25 HzD曲曲线线b表示的交表示的交变电动势变电动势有效有效值为值为10 V【解解析析】由由题题图图2知知t0时时两两次次转转动动产产生生的的瞬瞬时时电电动动势势都都等等于于零零,故故A正正确确由由图图2知知两两次次转转动动所所产产生生的的交交变变电电动动势的周期之比势的周期之比TaTb2 3,再由周期与转速的关系再由周期与转速的关系【答案答案】AC2如如图图528所所示示,一一交交流流发发电电机机线线圈圈共共N50匝匝,ab0.2 m,ab0.1 m,总总电电阻阻r10,在在B0.5 T的的匀匀强强磁磁场场中中从从磁磁通通量量最最大大位位置置开开始始以以n100 r/s的的转转速速匀匀速速转转动动,外外电电路路中中接有接有R40 的的电电阻当阻当线线圈圈转过转过1/4周期周期时时,求：求：(1)在外在外电电阻阻R上上产产生的生的电热电热Q；(2)这这段段时间时间内通内通过过外外电电阻阻R的的电电荷量荷量【答案答案】(1)1.97 J(2)0.01 C在在水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场场中中,有有一一正正方方形形闭闭合合线线圈圈绕绕垂垂直直于于磁磁感感线线方方向向的的轴轴匀匀速速转转动动,已已知知线线圈圈的的匝匝数数为为n100匝匝,边边长长为为20 cm,电电阻阻为为10,转转动动频频率率f50 Hz,磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为0.5 T求：求：(1)外力外力驱动线驱动线圈圈转动转动的功率；的功率；(2)线线圈圈平平面面由由中中性性面面转转至至与与中中性性面面的的夹夹角角为为30时时,线线圈圈产产生的感生的感应电动势应电动势及感及感应电应电流的大小；流的大小；(3)线线圈圈由由中中性性面面转转至至与与中中性性面面成成30夹夹角角的的过过程程中中,通通过线过线圈横截面的圈横截面的电电荷量荷量【答案答案】(1)1.97104 W(2)31.4 A(3)0.027 C 先看名师指津先看名师指津在在法法拉拉第第电电磁磁感感应应的的概概念念中中,电电路路中中感感应应电电动动势势的的大大小小与与穿穿过过这这一一电电路路的的磁磁通通量量的的变变化化率率成成正正比比,即即EN/t(N为为线线圈圈匝匝数数),此此电电动动势势为为平平均均感感应应电电动动势势又又根根据据欧欧姆姆定定律律,闭闭合合电电路路中中的的电电流流与与这这段段电电路路的的感感应应电电动动势势成成正正比比,所所以以IE/RN/tR.此此为为平平均均电电流流,它它是是电电流流瞬瞬时时值值在在