3.2 交变电流的描述 课件 人教版高中物理选修二.pptx

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3.2交变电流的描述人教版高中物理选修二 目录新知导入第一部分新知探究第二部分新知应用第三部分课堂小结第四部分新知巩固第五部分 知识回顾(一)交变电流：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交流电。（二）正弦交流电的产生及变化规律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。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。1、产生：2、中性面：新知导入 3、规律：（函数表达式）在纯电阻电路中，电压:电动势:电流:从中性面开始计时，知识回顾新知导入 正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么我们如何描述这种电流的变化特征呢？新知导入 一、描述交流电的物理量：线圈转动一周电压、电流都发生一次周期性变化１.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间符号：T单位是秒（S）２.频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数符号：f单位是赫兹（Hz）ω=2πf（角频率或圆频率）e=Emsinωti=Imsinωtu=Umsinωt新知探究 ３.最大值（峰值）：EmUmＩm一、描述交流电的物理量：e=Emsinωti=Imsinωtu=umsinωt交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。Em＝NωBS峰值Um＝ImR外耐压值（最大值）新知探究 ４.瞬时值：euioT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtteeuuiie=Emsinωti=Imsinωtu=umsinωt新知探究 我国生产和生活用交流电的周期T＝_______s，频率f=_______Hz，角速度ω＝_______rad/s，在1s内电流的方向变化_______次。0.0250１００π100一个周期内电流方向改变两次。例1.新知应用 例2.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，0.02sB．200V,0.02sC．400V,0.08sD．200V,0.08sB新知探究 ①则此交流电的频率为，把它接在一个电容器上，电容器的击穿电压不能低于。50HZ311V练习１：某交流电压随时间变化的规律如图：00.02t/su/V311②家用照明电路中的交变电压随时间变化的规律同上图。1秒内电流的方向改变次。100新知巩固 2.峰值：①定义：交变电流的电流或电压随时间改变。电流或电压所能到达的最大值称为峰值，用Im或Um表示.1.瞬时值：对应某一时刻的交流的值。用小写字母表示，eiu0t/su/VUm电压最大值电压瞬时值电容器的耐压值（也称击穿电压）要高于交流电的峰值，否则电容器可能被击穿。例如：将e=400sin314t加在电容器两端，那么电容器的耐压值不得低于400V②物理意义：表示电流的强弱或电压的高低。新知探究 观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：铭牌上的220V是什么意思？铭牌上的50HZ是什么意思？新知探究 甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同．若直流电源用10分钟把水烧开，情景：而第二次用交流电时也用10分钟把水烧开.新知探究 交流电的热效果和直流电的热效果相同我的电流是恒定的3A我10分钟把水烧开我10分钟也把水烧开！我的电流是变化的我的电流有效值也是3A新知探究 交流恒定电流I、U通过大小相同电阻R在交流电的一个周期内T交流的有效值为I、U３.有效值：新知探究 i/At/s２　１－１－２电流i通过一个R=1Ω的电阻.它不是恒定电流.1.怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?2.如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R,也能在1s内产生同样的热,这个电流是多大?解析:1图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S---0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同.交流电的热量0.８00.20.51.0新知探究 交流电的热量恒定电流的热量解析:1图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S---0.5S内，可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反，但产生热量相同.i/At/s２　１－１－２0.８00.20.51.0新知探究 练习２.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。新知巩固 规定：让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系：注意：只适用于正弦或余弦式交流电３.有效值：新知探究 i/At/s+10-100.050.10.150.2例４.如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流.请根据图象求出它的周期、频率、最大值和有效值,并写出电流的函数表达式.有效值:最大值:电流的函数表达式:解析:由图象可知:T=0.2s根据得：f=5HzIm=10Aω=2πf=10πi=Imsinωt=10sin10πt新知应用 练３.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。200－20020.25200u/Vt/s新知巩固 四值比较：1．最大值——如电容器的耐压值；2．瞬时值——启辉值、偏转值；3．有效值——4．平均值——（１）交流电器上名牌标称（２）交流电表的读数（３）熔断器的熔断电流（４）电功和电热的求取（１）只能用（２）数值上也等于图线与ｔ轴包围的面积与ｔ的比值（３）通过导体的电荷量必须用平均值电容耐压值（最大值）220V新知探究 例５．观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：1.铭牌上的参数各代表什么意思？2.如果有一个如下图所示的交变电流加在如图所示的电容器上，该电容器能安全工作吗？0t/su/V200V-200V0.020.04新知应用 物理量定义符号单位物理意义T、f、ω的关系周期频率瞬时值峰值交变电流完成一次周期性变化所需要的时间Ts描述交变电流变化的快慢T=1/f,ω=2πf单位时间完成周期性变化的次数fHZ同上某一时刻的值e,u,iV,V,A描述某一时刻的情况交变电流的最大值V,V,A描述电压高低和电流强弱Em,Um,Im新知探究 1、下列说法正确的是（）A．电流在一个周期内电流方向改变两次B．正弦交流电的有效值是最大值的　倍C．因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同D．若正弦交变电流的最大值是10A，则它的最小值是-10AAB新知巩固 2、一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是p，当接到电压为u=10sinωtV的交流电源上，它的发热功率（）A．0.25pB．0.5pC．pD．2pB所以有解：新知巩固 ３、（1）如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。i/At/s102342-4-2（2）如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。i/At/s102345新知巩固 ４.下列有效值为的是（）i/At/s0.20.40-55i/A0.20.4t/s50-550-50.20.4t/si/A50-5i/At/sABCDAC新知巩固 1．最大值（峰值）：EmUmＩm２．瞬时值：uie3．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。4．频率：一秒内完成周期性变化的次数。5．有效值：EUI（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）正弦交流电的有效值与最大值的关系：注意：A.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值C.求通过某导体截面的电量一定要用平均值。B.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。课堂小结 如图所示三种电压有何不同?若加在同一纯电阻两端,产生的电功率是否相同？答：A为直流电压，B、C为周期相同的交变电压；且电压的有效值都与直流电压的相同。在同一电阻两端产生的电功率相同。新知探究 在直流电路中，影响电流和电压关系的只有电阻，而在交流电路中影响电流和电压关系的除了电阻，还有电感和电容．通过电感和电容对交变电流影响的分析讨论，我们可以进一步认识到交流与直流的区别．新知探究 1.实验装置2.实验现象①接通直流，灯泡亮度几乎相同。②接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。③匝数越多，灯泡越暗。④频率越高，灯泡越暗。线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用，这叫感抗。线圈的自感越大，线圈的感抗就越大。交流的频率越高，线圈的感抗就越大。新知探究 ３．影响感抗的因素：４．实际应用：低频扼流圈——通直流、阻交流．高频扼流圈——通低频、阻高频．线圈的自感系数和交变电流的频率，电感越大，频率越高，感抗越大．新知探究 线圈绕在铁心上,匝数多，感抗大通直流、阻交流线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小通低频，阻高频高频扼流圈低频扼流圈构造作用对比记忆：新知探究 实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗．②实验表明直流不能通过电容器，而交流能够“通过”电容器．①S接直流电源时，灯泡不亮；S接交流电源时，灯泡发光．+-~SLC新知探究 5μF20μF23μF1.实验装置2.实验现象①接通直流，串联有电容的支路灯泡不亮。②接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。③电容越小，灯泡越暗。④频率越高，灯泡越亮。电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。交流的频率越高，容抗越小。新知探究 ４．实际应用：隔直电容器——通交流、隔直流．旁路电容器——通高频、阻低频．后级输入前级输出~~~~３．容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示．新知探究 元件电感线圈电容器作用描述阻碍作用的物理量决定因素关系对比记忆：通直流，阻交流;通低频，阻高频。通交流，隔直流；通高频，阻低频。感抗XL容抗XC<1>自感系数L<2>交流电频率f<1>电容C<2>交流电频率fL越大，f越高，XL越大。C越大，f越高，XC越小。新知探究 例６.如图所示，线圈的自感系数和电容器的电容都很小（如L=1mH，C=200pF），此电路的重要作用是（　　）A．阻直流通交流，输出交流B．阻交流通直流，输出直流C．阻低频通高频，输出高频交流D．阻高频通低频，输出低频交流和直流解析：因线圈自感系数很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样直流和低频成分能顺利通过残留，电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容C很小，对低频成分的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，最终输出的是低频交流和直流．所以，正确选项为D．D新知应用 通直流，阻交流通低频，阻高频电容对交变电流的作用：通交流，隔直流通高频，阻低频电感对交变电流的作用：低频扼流圈（L大）高频扼流圈（L小）隔直电容器高频旁路电容器（C小）课堂小结 ５.有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上，如果电源电压峰值保持不变，比较下面哪种情况，通过线圈的电流最小()A、所加电源频率为50HzB、所加电源频率为100HzC、所加电源频率为50Hz，减少线圈匝数D、在线圈中加入铁芯，所加电源频率为100HzD新知巩固 ６、有两个电容分别为C1=5μF,C2=3μF的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大()A、在C1上加f=50Hz的交变电流B、在C2上加f=50Hz的交变电流C、在C1上加f=60Hz的交变电流D、在C2上加f=60Hz的交变电流C新知巩固 课程结束人教版高中物理选修二