2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第3章交变电流3.2交变电流的描述(8)课件

复习回顾(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：\n3、规律：函数表达式：从中性面开始计时在纯电阻电路中:电流:电压:电动势:\n第二节交变电流的描述\n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EmUmIm描述交变电流变化的快慢一、描述交流电的物理量(自学,填写下表）\n例题1：如图是一个交变电压的图象,根据图象求出交变电流的周期和频率、电压的最大值和瞬时值.答：T=0.2S,f=5HzUm=8V,U=8sin10πtV\n例题2、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\n例3.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\n问题1：如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻.它是恒定电流.怎样计算通过1S内电阻R中产生的热量?01232i/At/S4解：根据焦耳定律得：二、描述交流电的物理量——有效值\n问题2：如图所示电流I通过一个R=1Ω的电阻.他不是恒定电流.1.怎样计算通过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这个电阻R也能在１S内产生同样的热量,这个电流是多大？-212i/At/s-100.51\n1、有效值：（1）概念的引入：为了反映交变电流所产生的效果,引入有效值的概念．（2）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻,如果它们在相等时间内产生的热量相等,就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值IuRQ1Q2假如Q1=Q2,那么i的有效值为IiuR~\n2、有效值与最大值之间的关系：任何电流都有有效值,但上述关系只限于正弦交变电流,对其他形式的交变电流并不适用．需安定义计算.\n(3)说明：A、以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；B、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；C、交流电流表和交流电压表的读数是有效值D、对于交流电若没有特殊说明的均指有效值\n220V\n例4.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.\n平均值：B、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、平均值在应用上的区别.A、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值.\n例题5：边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,以OO’为轴匀速转动,角速度为ω,转轴与磁场方向垂直,线圈电阻为R,求：(1)线圈从图示位置转过T／4的过程中产生的热量Q．(2)线圈从图示位置转过T／4的过程中通过线圈某截面的电量q．\n三、相位及相位差1、相位：正弦符号“sin”后面的量“”叫做交流电的相位.当t=0时,叫做交流电的初相位.2、相位差：两支交流电的相位之差叫做它们的相位差.如：\n小结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.\n练习1、如图表示一交流随时间变化的图像,求此交流的有效值.\n练习2.图中两交变电流通过相同的电阻R.求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率.（2）计算它们在R上产生的功率之比.（2）P甲:P乙＝I12R:I22R＝（I1／I2）2＝1:2\n练习3:一个电阻接在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\n练习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2.5J\n练习5.如图所示,矩形线圈的匝数为n,线圈面积为S,线圈内阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.在线圈由图示位置转过90°的过程中,求：(1)通过电阻R的电量q；(2)电阻R上产生的焦耳热Q在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的1／4,\n练习7、1、如图所示为一交流电的电流随时间而变化的图象,此交流电电流的有效值为：A、AB、5AC、AD、3.5AA2500.020.04i/At/s\n5A选B分析：该交变电流周期为T=0.02s,前t1=0.01s内为恒定电流,后t2=0.01s内为恒定电流,因此这一个周期内电流做的功可以求出来,根据有效值的定义,设有效值为I,根据定义有：Q=I2RT=I12Rt1+I22Rt2代入数据计算得：\n练习8、如图所示,为一直流电通过如图所示的电阻R,则交变电流表的示数为——A.i/A5t/s00.020.040.06正弦曲线AR\n2.5A分析：从i-t图象看出,每个周期的前半周期是正弦图形,其有效值为,再根据有效值的定义,得I=____.\n练习9、的最大值U、有效值U、周期T、频率f.画出交变电流的u-t图像.m答案：Um=20V200-200.010.02u/Vt/S\n练习10.下列各种情况中所指的数值,哪些是交流电的有效值（）A.交流电路中交流电压表所指示的数值.B.家用电器（如灯泡）上标明的额定电压值.C.闭合矩形导线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线匀速转动过程中,转到线框平面与磁感线平行的位置时的感应电动势的数值.D.电工工具上标明的耐压值.AB\n练习11.阻值R=50Ω的电热丝接在电压（V）的交流电源上,电流表的示数为A,电热丝两端电压表的示数为V.如果将一个电容器接在该交流电源上,要使电容器不被击穿,所选的电容器能承受的最大电压应不小于V.2100\n练习12、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.\n解析：从图中可看出交变电流的周期T＝0.02s,在t＝0.0025s＝T／8时,电流为14.14A,而t＝T／8时线圈从中性面转过的角度为45°.由电流表达式i＝Imsinωt得：14.14＝Imsin45°Im＝14.14／sin45°＝20A而ω＝2π／T＝314rad/s.故此电流的瞬时表达式为i＝20sin314t(A)\n练习13、图中两交变电流通过相同的电阻R.求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率.（2）计算它们在R上产生的功率之比.\n解析：（1）图甲为正弦交流电,其有效值I1＝Im／＝2.5A,周期T1＝0.4s,频率f1＝2.5Hz；图乙为方波交流电,电流的大小不变、方向作周期变化,由于热效应与电流方向无关,因而它的有效值为5A,周期T2＝0.4s,频率f2＝2.5Hz.（2）由公式P＝I2R得：P甲:P乙＝I12R:I22R＝（I1／I2）2＝1:2\n练习14、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\n练习15、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；解析：\n(2)线圈转过1／30s时电动势的瞬时值多大；练习15、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：\n(3)电路中电压表和电流表示数各是多少.电动势的有效值为电流表的示数电压表的示数\n练习16、如图所示,矩形线圈的匝数为n,线圈面积为S,线圈内阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.在线圈由图示位置转过90°的过程中,求：(1)通过电阻R的电量q；解析：在此过程中,穿过线圈磁通量变化所用时间产生的平均电动势为平均电流为通过R的电量\n（2）电阻R上产生的焦耳热Q在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的1／4,16、如图所示,矩形线圈的匝数为n,线圈面积为S,线圈内阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO’轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R.在线圈由图示位置转过90°的过程中,求：\n17、边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,以OO’为轴匀速转动,角速度为ω,转轴与磁场方向垂直,线圈电阻为R,求：(1)线圈从图示位置转过T／4的过程中产生的热量Q解析：\n(2)线圈从图示位置转过T／4的过程中通过线圈某截面的电量q解析：\n18.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