高中物理第二章交变电流2.2描述交流电的物理量.pptx

,2,描述交流电物理量,第二章,交变电流,1/35,学习目标,1.,掌握交变电流周期、频率、线圈转动角速度三者之间关系,.,2.,能了解电流有效值，知道有效值是与热效应相关量,.,3.,掌握交变电流有效值与峰值关系，会进行有效值计算,.,2/35,内容索引,自主预习,预习新知 扎实基础,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,3/35,自主预习,4/35,一、周期和频率,1.,周期,(,T,),：交变电流作一次,改变所需时间,.,2.,频率,(,f,),：交变电流在,1 s,内完成,次数,.,3.,T,或,f,.,周期性,周期性改变,5/35,二、峰值和有效值,1.,峰值：交变电流电压、电流能到达,叫峰值,.,2.,有效值：让交变电流与恒定电流分别经过,电阻，假如在交变电流一个周期内它们产生,相等，则此恒定电流数值叫做交变电流有效值,.,3.,在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间关系,E,E,m,，,U,U,m,，,I,I,m,.,最大值,大小相同,热量,0.707,0.707,0.707,6/35,即学即用,1.,判断以下说法正误,.,(1),正弦式交变电流正负两部分是对称，所以有效值为零,.(,),(2),交变电流有效值就是一个周期内平均值,.(,),(3),一个正弦式交变电流峰值同周期、频率一样是不变，但有效值是随时间不停改变,.(,),(4),交流电路中，电压表、电流表测量值都是有效值,.(,),答案,7/35,答案,2.,我国电网中交流电频率为,50 Hz,，则我国提供市电发电机转子转速为,r/min.,3 000,8/35,重点探究,9/35,导学探究,如图,1,所表示，交变电流完成一次周期性改变需要多长时间？在,1 s,内完成多少次周期性改变？,一、周期和频率,答案,图,1,答案,完成一次周期性改变需要,0.02 s,；在,1 s,内完成,50,次周期性改变,.,10/35,知识深化,交变电流周期和频率跟发电机转子角速度,或转速,n,相关,.,(,n,),越大，周期越短，频率越高，其关系为,T,，,2,f,2,n,.,11/35,解析,由题图知,T,0.2 s,，故,f,5 Hz,，即,1 s,内完成,5,个周期，线圈转,5,圈，每转,1,圈电流方向改变,2,次，故,A,错误，,B,、,D,正确；,在,t,0.1 s,时，,e,0,，所以线圈平面与磁场方向垂直，故,C,错误,.,例,1,(,多项选择,),矩形金属线圈共,10,匝，绕垂直于磁场方向转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生交流电动势,e,随时间,t,改变情况如图,2,所示,.,以下说法中正确是,A.,此交变电流频率为,0.2 Hz,B.1 s,内电流方向改变,10,次,C.,t,0.1 s,时，线圈平面与磁场方向平行,D.1 s,内线圈转,5,圈,图,2,答案,解析,12/35,答案,Q,I,1,2,Rt,1,I,2,2,Rt,2,4,2,1,0.5 J,2,2,1,0.5 J,10 J.,导学探究,1.,图,3,是经过一个,R,1,电阻电流,i,随时间,t,改变图像,.,(1),试计算,1 s,内电阻,R,中产生热量,.,二、峰值和有效值,图,3,答案,13/35,答案,依据交变电流有效值定义可得,Q,I,2,Rt,，,(2),假如有一个大小、方向都不变恒定电流经过这个电阻,R,，也能在,1 s,内产生一样热量，这个电流是多大？,答案,14/35,答案,小灯泡不会被烧坏，交流电压瞬时值表示式,u,6 sin(100,t,)V,中,6 V,是峰值，其有效值为,6 V,，而标有,“,6 V,2 W,”,小灯泡中,6 V,是有效值,.,电容器会被击穿,.,2.,某交流电压瞬时值表示式,u,6 sin(100,t,)V,，把标有,“,6 V,2 W,”,小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有,6 V,电容器接在此电源上会不会被击穿？,答案,15/35,知识深化,1.,峰值和有效值应用,(1),电容器所能承受电压应高于交流电峰值，不然电容器可能被击穿,.,(2),电气设备铭牌上标注额定电压、额定电流都是有效值,.,交流电压表和交流电流表测量也是有效值,.,(3),保险丝熔断电流为有效值,.,16/35,2.,有效值计算,(1),对于正弦式交变电流，可先依据,E,m,nBS,求出峰值，然后依据,E,求出其有效值,.,(2),当电流是非正弦式交变电流时，必须依据有效值定义求解,.,先计算交变电流在一个周期内产生热量,Q,，再将热量,Q,用对应物理量有效值表示，即,Q,I,2,RT,或,Q,，最终代入数据求解有效值,.,17/35,例,2,(,多项选择,),以下关于交流电说法中正确是,A.,交流电气设备铭牌上所标电压值和电流值是交流电峰值,B.,用交流电流表和交流电压表测定读数值是交流电瞬时值,C.,给定交流数值，在没有尤其说明情况下是指有效值,D.,跟交变电流有相同热效应直流电数值是交变电流有效值,解析,对于交变电流，在没有尤其说明情况下指有效值，交流电流表和交流电压表测定读数值是交流电有效值，交流电气设备铭牌上所标电压值和电流值也是有效值，,A,、,B,错误，,C,正确；,依据有效值定义可知，,D,正确,.,答案,解析,18/35,例,3,经过一阻值,R,100,电阻交变电流如图,4,所示，其周期为,1 s.,电阻两端电压有效值为,答案,解析,图,4,解析,依据电流热效应先计算电流有效值,.,由,(0.1 A),2,R,0.4 s,2,(0.2 A),2,R,0.1 s,2,I,2,R,1 s,，可得流过电阻电流有效值,I,，电阻两端电压有效值为,U,IR,，故,B,正确,.,19/35,对于非正弦式交变电流有效值，应按有效值定义计算，计算时要紧紧围绕电流经过电阻产生热量进行计算，计算时间普通取一个周期，半周期对称可取半个周期,.,总结提升,20/35,例,4,(,多项选择,),图,5,甲、乙分别为两种电压波形，其中图甲所表示电压按正弦规律改变，图乙所表示电压波形是正弦函数一部分,.,以下说法正确是,A.,图甲、图乙均表示交流电,B.,图甲所表示电压瞬时值表示式为,u,20sin 100,t,(V),C.,图甲所表示电压有效值为,10 V,D.,图乙所表示电压有效值为,10 V,答案,解析,图,5,21/35,解析,依据交变电流定义，题图甲、乙均表示交流电，题图甲所表示电压瞬时值表示式为,u,20sin 100,t,(V),，选项,A,、,B,正确；,依据有效值定义得：,，解得题图乙所表示电压有效值,U,乙,10 V,，选项,D,正确,.,22/35,1.,有效值,(1),只有正,(,或余,),弦式交流电有效值依据,E,计算,.,(2),计算与电流热效应相关量,(,如电功、电功率、热量,),要用有效值,.,(3),交流电表测量值，电气设备标注额定电压、额定电流，通常提到交流电数值都是指有效值,.,三、正弦式交流电有效值、最大值、平均值对比,23/35,2.,平均值,3.,写正弦式交流电瞬时值表示式,e,E,m,sin,t,时要用到最大值,.,最大值,E,m,nBS,.,24/35,例,5,如图,6,所表示，矩形线圈面积为,S,，匝数为,n,，线圈电阻为,r,，在磁感应强度为,B,匀强磁场中绕垂直磁场方向,OO,轴以角速度,匀速转动，外电路电阻为,R,.,当线圈由图示位置转过,90,过程中，求：,(1),经过电阻,R,电荷量,q,；,图,6,答案,解析,25/35,26/35,(2),电阻,R,上所产生热量,Q,.,答案,解析,27/35,达标检测,28/35,1.(,描述交变电流物理量,),小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生感应电动势与时间成正弦函数关系，如图,7,所示，此线圈与一个,R,10,电阻组成闭合电路，不计电路其它电阻,.,以下说法正确是,A.,交变电流频率为,8 Hz,B.,交变电流有效值为,C.,交变电流最大值为,4 A,D.,电流瞬时值表示式为,i,2sin(4,t,)A,答案,1,2,3,4,图,7,解析,29/35,解析,由题图可知，交变电流周期为,0.25 s,，故频率为,4 Hz,，选项,A,错误；,依据欧姆定律可知交变电流最大值为,2 A,，故有效值为,，选项,B,正确，,C,错误；,因,2,f,8 rad/s,，故电流瞬时值表示式为,i,2sin(8,t,)A,，故选项,D,错误,.,1,2,3,4,30/35,解析,设该交变电流有效值为,I,，让该交变电流和直流电分别经过同一电阻,(,阻值为,R,),，在一个周期,(,T,0.2 s),内，该交变电流产生热量,Q,I,1,2,Rt,1,I,2,2,Rt,2,在一个周期内直流电经过该电阻产生热量,Q,I,2,RT,由,Q,Q,，代入数据，解得,I,5 A.,2.(,交变电流有效值计算,),如图,8,所表示是一交变电流随时间改变图像，求此交变电流有效值,.,图,8,1,2,3,4,答案,解析,答案,5 A,31/35,3.(,有效值应用,),一台小型发电机产生电动势随时间改变正弦规律图像如图,9,甲所表示,.,已知发电机线圈内阻为,5.0,，外接一只电阻为,95.0 ,灯泡，如图乙所表示，则,A.,电压表,示数为,220 V,B.,电路中电流方向每秒钟改变,50,次,C.,灯泡实际消耗功率为,484 W,D.,发电机线圈内阻每秒钟产生焦耳,热为,24.2 J,答案,图,9,解析,1,2,3,4,32/35,电流有效值,I,2.2 A,，发电机线圈内阻每秒钟产生焦耳热为,Q,r,I,2,rt,2.2,2,5.0,1 J,24.2 J,，,D,正确,.,解析,电压表示数为灯泡两端电压有效值，由题图甲知电动势最大值,E,m,，则电动势有效值,E,220 V,，灯泡两端电压,U,209 V,，,A,错误；,1,2,3,4,由题图甲知,T,0.02 s,，一个周期内电流方向改变两次，可知,1 s,内电流方向改变,100,次，,B,错误；,灯泡实际功率,P,459.8 W,，,C,错误；,33/35,4.(,正弦式交流电有效值、最大值、平均值对比,),如图,10,所表示，单匝矩形闭合导线框,abcd,全部处于磁感应强度为,B,水平匀强磁场中，线框面积为,S,，电阻为,R,.,线框绕与,cd,边重合竖直固定转轴以角速度,匀速转动，,线框中感应电流有效值,I,.,线框从中性面开始转过,过程中，,经过导线横截面电荷量,q,.,答案,解析,1,2,3,4,图,10,34/35,1,2,3,4,35/35,