高中物理描述交流電的物理量課件人教版選修3-2

1、描述交變電流的物理量,一、知識(shí)回顧,(一)、交變電流：,大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流。,其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流。,（二）、正弦交流的產(chǎn)生及變化規(guī)律,1、產(chǎn)生：當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的。即正弦交流。,2、中性面：勻速旋轉(zhuǎn)的線圈，位于跟磁感線垂直的平面叫做中性面。這一位置穿過(guò)線圈的磁通量最大，但切割邊都未切割磁感線，或者說(shuō)這時(shí)線圈的磁

2、通量變化率為零，線圈中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,3、規(guī)律：,（1）、函數(shù)表達(dá)式：從中性面開始計(jì)時(shí)，則e=NBSωsinωt 。用Em,表示峰值NBSω,則e=Em,sinωt在純電阻電路中,電流I=,sinωt=Im,sinωt，電壓u=Um,sinωt 。,二、新課教學(xué)：,1、表征交變電流大小物理量,①瞬時(shí)值：,對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的交流的值 用小寫字母表示，e , i , u,②峰值：,即最大的瞬時(shí)值 用大寫字母表示，Um　?。蒻　　Em,

3、Em= NsBω Ｉm=Em/ R,注意：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為,ε,Em=NBSω，即僅由匝數(shù)N，線圈面積S，磁感強(qiáng)度B和角速度ω四個(gè)量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無(wú)關(guān)的。,表征交流電大小的物理量,瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值,最大值：交變電流的最大瞬時(shí)值,,③有效值：,ⅰ、意義：描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量,ⅱ、定義：跟交流熱效應(yīng)相等的恒定

4、電流的值叫做交流的有效值。,ⅲ、正弦交流的有效值與峰值之間的關(guān)系是,。,注意：正弦交流的有效值和峰值之間具有,的關(guān)系，非正弦（或余弦）交流無(wú)此關(guān)系，但可按有效值的定義進(jìn)行推導(dǎo)，,ⅳ、交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值；交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值。對(duì)于交流電若沒(méi)有特殊說(shuō)明的均指有效值。,ⅴ、在求交流電的功、功率或電熱時(shí)必須用交流電的有效值。,交流電壓表和電流表通過(guò)交流電時(shí)，實(shí)際上已經(jīng)由電表內(nèi)部元件把交流電變成了等效的直流

5、，所以讀出的就是交流的有效值，并且電表的指針不會(huì)忽左忽右地?cái)[動(dòng)。,③平均值：,求通過(guò)某導(dǎo)體截面的電量一定要用平均值。,④周期和頻率,交流電也用周期和頻率來(lái)表示變化的快慢,,T和f的物理意義：表征交流電變化的快慢，T越小，f越大，交流電變化越快。,我國(guó)生產(chǎn)和生活用交流電的周期T＝_______s，頻率f＝________Hz，角速度ω＝_______rad/s，在1內(nèi)電流的方向變化__________次。,0.02,50,314,100,

6、,表征交流電變化快慢的物理量,U/V,T,周期T：交變電流完成一次周期變化所用的時(shí)間,頻率f：1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),T = 1/fω = 2π/T = 2πf,,【例1】某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系，如圖所示，如果其它條件不變，僅使線圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)?-----------------（ ）,A．400V，0.02s B．200

7、V, 0.02sC．400V, 0.08s D．200V, 0.08s,解析：從圖中看出，該交流電的最大值和周期分別是：Em＝100V，T＝0.04s，而最大值Em＝NBSω，周期T＝2π／ω；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速加倍時(shí)，ω’＝2ω，故Em’＝2Em＝200V，T’＝T／2＝0.02s.故選B。,【練習(xí)1】如圖所示為某正弦交流電流的圖像，求其峰值、周期和角速度，并寫出該電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。,解析：

8、從圖中可看出交變電流的周期T＝0.02s，在t＝0.0025s＝T／8時(shí)，電流為14.14A，而t＝T／8時(shí)線圈從中性面轉(zhuǎn)過(guò)的角度為45°。,由電流表達(dá)式i＝Imsinωt得：14.14＝Imsin45°,Im＝14.14／sin45°＝20A,而ω＝2π／T＝314rad/s.,故此電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i＝20sin314t(A),【例2】如圖表示一交流的電流隨時(shí)間變化的圖像，此交變電流的有效值是多大？,解

9、析：交流的有效值等于熱效應(yīng)與此交流等效的直流電的值，為分析方便，可選交流電的一個(gè)周期進(jìn)行研究。設(shè)此交變電流的有效值為I，根據(jù)交流有效值的定義，有：,所以：,〖練習(xí)2〗如圖所示為一交流電的電壓隨時(shí)間變化的圖像，求此交流電的電壓的有效值。,解析：在一個(gè)周期T內(nèi),[例3]、如圖表示一交流隨時(shí)間變化的圖像，求此交流的有效值。,解析：,【例4】圖中兩交變電流通過(guò)相同的電阻R。求：（1）分別寫出它們的有效值、周期和頻率。（2）計(jì)算它們?cè)赗上產(chǎn)生的功

10、率之比。,解析：,（1）圖甲為正弦交流電，其有效值I1＝Im／ ＝3.55A，周期T1＝0.4s，頻率f1＝2.5Hz；圖乙為方波交流電，電流的大小不變、方向作周期變化，由于熱效應(yīng)與電流方向無(wú)關(guān)，因而它的有效值為5A，周期T2＝0.4s，頻率f2＝2.5Hz。,（2）由公式P＝I2R得：P甲:P乙＝I12R:I22R＝（I1／I2）2＝1:2,〖練習(xí)3〗一個(gè)電阻接在10V的直流電源上，它的發(fā)熱功率是P，當(dāng)接到電壓為u=10

11、sinωtV的交流電源上，它的發(fā)熱功率--------------------（ ） A．0.25P B．0.5P C．P D．2P,B,【例5】如圖所示，線圈的面積是0.05㎡，共有100匝；線圈電阻為1Ω，外接電阻R＝9Ω，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1／πT，當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，求：,(1)若從線圈處于中性面開始計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式；,解析：

12、,(2)線圈轉(zhuǎn)過(guò)1／30s時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值多大；,當(dāng)t＝1／30s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值,(3)電路中電壓表和電流表示數(shù)各是多少。,電動(dòng)勢(shì)的有效值為,電流表的示數(shù),電壓表的示數(shù),（4）線圈每轉(zhuǎn)過(guò)一周，外力所做的功。,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能,T＝2π／ω,【例6】如圖所示，矩形線圈的匝數(shù)為n，線圈面積為S，線圈內(nèi)阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO’軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻為R。在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90

13、76;的過(guò)程中，求：,(1)通過(guò)電阻R的電量q；,解析：,在此過(guò)程中，穿過(guò)線圈磁通量變化,所用時(shí)間,產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)為,平均電流為,通過(guò)R的電量,（2）電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q,在此過(guò)程中電阻R上的焦耳熱為一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱的1／4，,〖練習(xí)4〗邊長(zhǎng)為a的單匝正方形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以O(shè)O’為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為ω，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，線圈電阻為R，求：,(1)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)T／4的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q,解析：,(2)