2020-2021学年选修3-2第五章 交变电流2 描述交变电流的物理量教学ppt课件

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大小和方向随时间作周期性变化的电流;简称交流。其中按正弦规律变化的交流电叫正弦式交变电流。
（二）正弦交流电的产生及变化规律
1、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。
2、中性面：跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大，但线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。
3、规律：e=Emsinωt，Em=NBSω叫电动势的最大值； i=Imsinωt，Im=Em/R+r 叫电流的最大值；
u=Umsinωt，Um=ImR，叫电压的最大值。
（1）周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。通常用T表示，单位是s。
（3）角频率：线圈在匀强磁场中转动的角速度。
（2）频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹（Hz）。
T和f的物理意义：表征交流电变化的快慢。
（4）周期和频率的关系：
（1）峰值交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，叫做交变电流的峰值。通常用Em、Im和Um表示峰值。
（2）意义：表示交变电流电流的强弱或电压的高低。
（3）电容器的耐压值要高于交流电压的峰值。
0～0.2s、0.2～0.5s、0.5～0.8s、0.8～1s这四个阶段电流大小不变化，分别计算出热量，然后加起来。由Q＝I2Rt，解得Q1＝0.2JJ，Q2＝1.2J，Q3＝1.2J，Q4＝0.2J。所以，1s内电阻R中产生的热量为Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝2.8J。
（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）意义：描述交变电流做功或热效应的物理量。
（3）正弦交流电的有效值与最大值的关系：
（4）说明①各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值为有效值；②一般交变电流流表和交变电流压表测量的数值，也都是有效值；③凡是没有说明的，所指的值均为有效值；④计算交变电流的功、功率、热量等用有效值；⑤用有效值后交流的计算公式与恒定电流相同。
（1）平均值：根据法拉第电磁感应定律求出的电动势为交变电流在某段时间内的平均值。
（2）平均电流可求某段时间内通过导线横截面的电荷量。
（3）交变电流的平均值不是一个定值。
（2）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、平均值应用上的区别
（1）在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
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 （ ）
A．400V，0.02s B．200V, 0.02sC．400V, 0.08s D．200V, 0.08s
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，则电容器的耐压值不应小于______V；若将该电压加在一阻值为1KΩ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。
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。
例4、如图所示，线圈的面积是0.05㎡，共有100匝；线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度为B＝1/πT，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：
(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线 圈中感应电动势的瞬时表达式；
(2)线圈转过1／30s时电动势的瞬时值多大；
(4) 线圈每转过一周，外力所做的功。
(3)电路中电压表和电流表示数 各是多少;
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。
ω＝100π rad/s.
电流的瞬时表达式为i＝20sin100πt(A)
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。