高中教科版 (2019)2 正弦交变电流的描述图片课件ppt

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一、周期和频率(1)物理意义:描述交变电流　　　　　　的物理量。 (2)周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,用T表示,单位是秒,符号是s。(3)频率:交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。用f表示,单位是赫兹,符号是　　　　。 (4)ω、T、f的关系:ω= =2πf。(5)我国民用交变电流的周期和频率。①周期:T=　　　　 s。 ②频率:f=　　　　 Hz,电流方向每秒钟改变　　　　次。 
一个周期内,电流方向变化两次
二、峰值和有效值1.峰值(1)定义:交变电流的电压、电流所能达到的　　　　值。 (2)应用:电容器、二极管所能承受的电压要　　　　交流电压的峰值。 
2.有效值 不是平均值(1)定义:让交流电与某一直流电通过同一　　　　,如果它们在交流电的一个周期内产生的　　　　相等,则这个直流电的电流、电压,称为相应交流电的电流和电压的有效值。 (2)原理:根据电流的　　　　　　来规定的。 (3)应用:①交流电压表测量的数值;②无特别说明时提到的交变电流的数值;③计算消耗的功率。3.正弦式交变电流峰值和有效值的关系
只适用于正弦式交变电流
情境链接如图所示,观察电流计的指针,是否可以看到指针随着线圈转动而摆动,并且线圈旋转一周,指针左右各摆动一次?当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,电流计的指针偏转是否最大?
提示 可以看到　是　是
教材拓展阅读教材P67“发展空间”,回答下列问题:若交变电流1的电流随时间的变化规律为i1=10sin 10πt A,交变电流2的电流随时间的变化规律为i2=20sin A,交变电流1在t=1 s时的相位为10π吗?交变电流1和2是否具有确定的相位差?三相交变电流相位差为多少?
提示 将t=1 s代入得,交变电流1在t=1 s时的相位为10π;两交变电流的相位差为 ;三相交变电流相位差为 π。
易错辨析(1)打点计时器所接交变电流频率f=50 Hz时,打点周期为T=0.02 s。(　　)(2)我国电网中交变电流的频率是100 Hz。(　　)(3) 有效值等于峰值的 ,这一关系适用于所有交变电流。(　　)(4)交变电流的有效值就是一个周期内的平均值。(　　)(5)可以用平均值计算交变电流产生的热量。(　　)
探究点一　交变电流有效值的计算
如图1、2所示,两个电炉烧水,设其他条件都相同,水的质量相等,水的初温相同。若I=3 A的恒定电流用10分钟把水烧开,而交变电流也用10分钟把水烧开。
(1)两种情况在相同的通电时间内,电阻产生的热量相同吗?(2)交变电流的有效值是多少?
提示 (1)产生的热量相同。(2)恒定电流3 A能等效替代交变电流计算热量,所以交变电流的有效值为3 A。
1.交变电流有效值的理解(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,都指其有效值。
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,(2)若不是正弦式交变电流,则必须根据焦耳定律来求解其有效值,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。
3.几种常见电流的有效值
特别提示　求解交变电流有效值时应注意的问题(1)要分析清楚交变电流的变化规律,在一个交变电流中可能存在几种形式的交流电。(2)对一个交变电流中存在几种形式的交流电,可分段求出一个周期内产生的热量,再求其和。(3)正弦式交变电流的最大值和有效值的关系是I= ,非正弦式交变电流不符合此关系。(4)分段不同时交流电的有效值不是算术平均值,而是分段用焦耳定律求解。
【例1】 (多选)(2023福建莆田一中高二期末)在一阻值为R=10 Ω的定值电阻中通入如图所示的电流,则(　　)A.此电流为交变电流B.此电流的周期为2 sC.此电流的有效值为2.5 AD.在0~2 s内电阻产生的焦耳热为25 J
解析 根据交变电流的定义可知,此电流为交变电流,故A正确;由图可知该交变电流的周期为2 s,故B正确;根据交变电流有效值的定义有根据焦耳定律,在0~2 s内电阻产生的焦耳热为Q=I2Rt=250 J,故D错误。
对点演练1(2023云南曲靖高二期末)利用半导体二极管的单向导电性,可以对交变电流进行整流,将交变电流变为直流电流。某一正弦式交变电流整流后的输出电流如图所示,则该输出电流的有效值为(　　)A.10 AB.5 AC.2.5 AD.5 A
探究点二　交变电流的“四值”问题
图甲为一电容器,图乙为保险丝管。请思考:
(1)将电容器接在交流电路上,要保证电容器正常工作,需要考虑交变电流哪一个值?(2)若保证保险丝管正常使用,应考虑交变电流哪一个值?
提示 (1)交变电流的最大值(2)交变电流的有效值
正弦式交变电流的“四值”对比
【例2】 (2023山东济南高二期末)如图所示,一单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的感应电动势e=10sin 5πt(V)。已知线圈电阻为2 Ω,与线圈相连的外电路电阻R=8 Ω。下列说法正确的是(　　)A.交变电流的电动势有效值为10 VB.t=0时,穿过线圈的磁通量为零C.从t=0至t=0.1 s内,通过电阻R的电荷量为 CD.一个周期内电阻R上产生的焦耳热为1.6 J
对点演练2 (2023湖北高二期末)如图(a)所示,在匀强磁场中,一电阻均匀的正方形单匝导线框abcd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动,线圈产生的交变电动势随时间变化的规律如图(b)所示,线框总电阻为5 Ω,则(　　)
A.线圈的转速为100 r/sB.线框转动一周,cd边产生的焦耳热为3.87 JC.在0~0.01 s内,通过线框某一横截面的电荷量约为0.02 CD.当线框平面与中性面的夹角为45°时,线框产生的电动势的大小为22 V
1.(交变电流的瞬时值)如图所示,KLMN是一个竖直的矩形导线框,全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中,线框面积为S,MN边水平,线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角达到30°的时刻(图示位置),导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框此时电流的方向分别为(已知线框按俯视的逆时针方向转动)(　　)
解析 MN边与磁场方向成30°时,感应电动势为e=Emcs ωt=BSωcs 30°= BSω。由右手定则可知电流方向为KNMLK。
2.(周期和频率)(2023河南洛阳高二期末)某交变电流瞬时值表达式为e=20sin 50πt(V)。下列说法正确的是(　　)A.耐压20 V的电容器可以直接接在此电源上B.用此交变电流作为打点计时器的电源,打点周期为0.02 sC.当t=0.01 s时,产生此交变电流的线圈刚好经过中性面D.把额定电压为20 V的小灯泡接在此电源上,小灯泡正常发光
3.(有效值的计算)(2023河南新乡高二期末)通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示(前半个周期为正弦波形的 ),则该交变电流的有效值为(　　)
4.(“四值”的理解和应用)(2023江苏南通期末)如图所示,ab边长为L1、ad边长为L2的N匝矩形线圈abcd处于匀强磁场中,线圈绕垂直于磁感线的OO'轴以角速度ω匀速转动,t=0时线圈平面与磁感线平行。已知磁感应强度为B,线圈电阻为r,外电路电阻为R,则(　　)