1、人教版高中物理选修二 3.2 3.2 交变电流的描述交变电流的描述人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二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 分知识回顾知识回顾(一一)交变电流：交变电流：大小和方向随时间作周期性变化的电流，简称大小和方向随时间作周期性变化的电流，简称交流交流。其中按其中按正弦规律正弦规律变化的交流电叫变化的交流电叫正弦交流电正弦交流电。（二）正弦交流电的产生及变化规律（二）正弦交流电的产生及变化规律 当线圈在匀强磁场中当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴匀速转
2、动时，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。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跟磁感线垂直的平面叫做中性面中性面。这一位置穿过线圈的。这一位置穿过线圈的磁磁通量最大通量最大，但线圈的，但线圈的磁通量变化率为零磁通量变化率为零，线圈中，线圈中无感应电动势无感应电动势。1 1、产生：、产生：2 2、中性面：、中性面：新知导入新知导入3 3、规律：、规律：（函数表达式）（函数表达式）tIimsin在在纯电阻电路纯电阻电路中，中，电压电压:tUumsintEemsin电动势电动势:SNBEm电流电流:从中性面开始计时，从中性面开始计
3、时，知识回顾知识回顾新知导入新知导入 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？么我们如何描述这种电流的变化特征呢？新知导入新知导入一、描述交流电的物理量：一、描述交流电的物理量：线圈转线圈转动一周动一周电压、电流都发生一次周期性变化电压、电流都发生一次周期性变化.周期：周期：交变电流完成一次周期性变化所交变电流完成一次周期性变化所需的需的时间时间 符号：符号：T 单位是秒（单位是秒（S）.频率：频率：交变电流一秒内完成周期性变化交变电流一秒内完成周期性变化的的次数次数符号：符号：f 单位是赫兹（
4、单位是赫兹（Hz）2TTf1=2f（角频率或圆频率）（角频率或圆频率）e=Emsin ti=Imsintu=Umsint新知探究新知探究.最大值（峰值）：最大值（峰值）：Em Um m SNBEm一、描述交流电的物理量：一、描述交流电的物理量：e=Emsin ti=Imsin tu=umsin t 交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的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最大数值，可以用来表示交流，可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。电的电流或电压变化幅度。Em NBS峰值峰值Um Im R外外总总RNBSwREImm耐压值（最大值）耐压值（最大值）新知探究新知探
5、究.瞬时值：瞬时值：e ui oT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt teeuuiie=Emsin ti=Imsin tu=umsin t新知探究新知探究 我国生产和生活用交流电的周期我国生产和生活用交流电的周期T T_s_s，频率频率f=_Hzf=_Hz，角速度，角速度_rad/s_rad/s，在在1s 1s内电流的方向变化内电流的方向变化_次。次。0.0250100一个周期内电流方向改变两次一个周期内电流方向改变两次。例例1.1.新知应用新知应用例例2.2.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，某交流发电机产生的
6、感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的仅使线圈的转速加倍转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为，则交流电动势的最大值和周期分别变为 （）A400V，0.02s B200V,0.02sC400V,0.08s D200V,0.08sB新知探究新知探究则此交流电的频率为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，把它接在一个电容器上，电容器的击穿电压不能低于电压不能低于。50HZ311V练习：练习：某交流电压随时间变化的规律如图：某交流电压随时间变化的规律如图：0 0.02 t/su/V311家用照明电路中的交变电压随时间变化的规律同上图。家用照明电路中的交
7、变电压随时间变化的规律同上图。1 1秒内电流的秒内电流的方向改变方向改变次。次。100100新知巩固新知巩固2.峰值：峰值：定义：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峰值，用，用Im或或Um表示表示.1.瞬时值：瞬时值：对应某一时刻的交流的值。用小写字母表示，对应某一时刻的交流的值。用小写字母表示，e i usinenBSt mEnBS 0t/su/VUm电压最大值电压最大值电压瞬时值电压瞬时值电容器的电容器的耐压值（也称击穿电压）要高于交流电的耐压值（也称击穿电压）要高于交流电的峰值，峰值，否则
8、电容器可能被击穿。否则电容器可能被击穿。例如：将例如：将e=400 sin 314 t加在电容器两端，那么电容器的耐压值不得低于加在电容器两端，那么电容器的耐压值不得低于400V物理意义物理意义 ：表示电流的强弱或电压的高低。表示电流的强弱或电压的高低。新知探究新知探究观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：铭牌上的铭牌上的220V是什么意思？是什么意思？铭牌上的铭牌上的50HZ 是什么意思？是什么意思？新知探究新知探究甲、乙图中电炉烧水甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相设壶材料相同、水质量相等、水的初温
9、相同若直流电源用同若直流电源用10分钟把水烧开，分钟把水烧开，情景情景：而第二次用交流电时也用而第二次用交流电时也用10分分钟把水烧开钟把水烧开.新知探究新知探究交流电的热效果和直流电交流电的热效果和直流电的热效果的热效果相同相同我的电流是我的电流是恒定的恒定的3A3A我10分钟把水烧开我10分钟也把水烧开！我 的 电 流我 的 电 流是变化的是变化的我的电流我的电流有效值也是有效值也是3A新知探究新知探究QQ 交交直直交流交流恒定电流恒定电流I、U通过大小相同电阻通过大小相同电阻R在交流电的一个周期内在交流电的一个周期内T交流的交流的有效值有效值为为I、U.有效值：有效值：新知探究新知探究i
10、/At/s电流i通过一个R=1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?)84.07.0(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.JJRtIRtIQ8.22)3.0122.011(2)(222221211交流电的热量交流电的热量0.0 0.2 0.5 1.0 新知探究新知探究JJRtIRtIQ8.22)3.0
11、122.011(2)(222221211交流电的热量恒定电流的热量AAIJRtIQQ7.1118.28.2212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/s0.0 0.2 0.5 1.0 新知探究新知探究练习.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。22221112242132150QIR tIR tRRR 2225025AQI RtRI RI 新知巩固新知巩固 ：让交流电和直流电通过让交流电和直流电
12、通过同样阻值同样阻值的电阻，如果它们在的电阻，如果它们在同一时间同一时间内产内产生的生的热量相等热量相等，这一交流电的，这一交流电的有效值有效值就跟这个直流电的数值相等。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：正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系：mm0.7072III mm0.7072UUU mm0.7072EEE 注意：只适用于注意：只适用于正弦正弦或或余弦式余弦式交流电交流电.有效值：有效值：新知探究新知探究i/At/s+10-100.05 0.1 0.150.2例例.如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流如图是一个按正弦函数规律变化的交变电流
13、.请根据图象求出它的周期、频率、请根据图象求出它的周期、频率、最大值和有效值最大值和有效值,并写出电流的函数表达式并写出电流的函数表达式.有效值有效值:最大值最大值:电流的函数表达式电流的函数表达式:解析解析:由图象可知由图象可知:T=0.2s 根据根据 得：得：f=5Hz1fT Im=10A m7.07A2II=2f=10 i=Imsint=10sin10t新知应用新知应用练练.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。若将该电压加在将该电压加在10uF的电容器上，则电容器的耐压值不应小于的电容器上，则电容器的耐压
14、值不应小于_V；若将该电；若将该电压加在一阻值为压加在一阻值为1K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的发生，该电路中保险丝的额定电流不能低于_ A。20020020.252000.1 2u/Vt/s新知巩固新知巩固四值比较：1最大值最大值如电容器的耐压值；如电容器的耐压值；2瞬时值瞬时值启辉值、偏转值；启辉值、偏转值；3有效值有效值4平均值平均值（）交流电器上名牌标称（）交流电表的读数（）熔断器的熔断电流（）电功和电热的求取（）只能用（）数值上也等于图线与轴包围的面积与的比值（）通过导
15、体的电荷量必须用平均值 电容电容 耐压值（最大值）耐压值（最大值）220V新知探究新知探究 例例观察思考：观察铭牌上用电器的各种参数，回答下面的问题：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？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？全工作吗？0t/su/V200V-200V0.020.04新知应用新知应用物理量定义符号单位物理意义T、f、的关系周期频率瞬时值峰值交变电流完成一次周期交变电流完成一次周期性变化所需要的时间
16、性变化所需要的时间T Ts s描述交变电流变描述交变电流变化的快慢化的快慢T=1/f,T=1/f,=2=2f f单位时间完成周单位时间完成周期性变化的次数期性变化的次数f fH HZ Z同上同上某一时刻的值某一时刻的值e,u,ie,u,iV,V,AV,V,A描述某一时刻的描述某一时刻的情况情况交变电流的最大值交变电流的最大值V,V,AV,V,A描述电压高低描述电压高低和电流强弱和电流强弱E Em m,U,Um m,I,Im m新知探究新知探究1、下列说法正确的是、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正弦交流电的有效
17、值是最大值的 倍倍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若正弦交变电流的最大值是10A，则它的最小值是，则它的最小值是-10A AB新知巩固新知巩固2、一个电阻接在、一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功率是的直流电源上，它的发热功率是p，当接到电压为，当接到电压为u=10sintV的交流电源上，它的发热功率（的交流电源上，它的发热功率（）A0.25p B0.5p Cp D2pB2m22m1()10222UUpRRR 交交 流流 所以有所以有10.52ppp 解：解：2210UpRR 直直
18、流流 新知巩固新知巩固、（、（1）如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。）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/s102342-4-2222242222TTI RTRR5AI（2）如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。）如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。4 2-3 2i/At/s102345 2224 23 222TTI RTRR5AI新知巩固新知巩固.下列有效值为 的是（）i/At/s 0.20.40-55i/A0.20.4t/s50-550-50.20.4t/si/A50-5i/At/sABCDAC52 A2i 新知巩固新知巩固
19、1最大值（峰值）：Em Um m 瞬时值：u i e3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。Tf1fT225有效值：E U I （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：2mEE 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。课堂小结课堂小结 如图所示三种电压有何不同如图所示三种电压有何不同?若加在同一纯电阻两
20、端若加在同一纯电阻两端,产生的电功率是否相同？产生的电功率是否相同？答：答：A为直流电压，为直流电压，B、C为周期相同为周期相同的交变电压；且电压的有效值都与直的交变电压；且电压的有效值都与直流电压的相同。流电压的相同。在同一电阻两端产生的电功率相同。在同一电阻两端产生的电功率相同。新知探究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新知探究1.1.实验装置实验装置2.2.实验现象实验现象接通直流，灯泡亮度几乎相同。接通直流，灯泡亮度几乎相同。接
21、通交流，串联有线圈的支路接通交流，串联有线圈的支路灯泡较暗。灯泡较暗。匝数越多，灯泡越暗。匝数越多，灯泡越暗。频率越高，灯泡越暗。频率越高，灯泡越暗。线圈与交变电流之间的线圈与交变电流之间的电磁感应作电磁感应作用所引起用所引起的阻碍作用，这叫的阻碍作用，这叫感抗感抗。线圈的线圈的自感越大自感越大，线圈的，线圈的感抗就越大感抗就越大。交流的交流的频率越高频率越高，线圈的，线圈的感抗就越大感抗就越大。新知探究新知探究影响感抗的因素：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，感抗越大新知探究新知探究线圈绕在铁心上线圈绕在铁心上,匝数
22、多，感抗大匝数多，感抗大通直流、阻交流通直流、阻交流 线圈绕在铁氧体上线圈绕在铁氧体上,匝数少，感抗小匝数少，感抗小 通低频，阻高频通低频，阻高频高频扼流圈高频扼流圈 低频扼流圈低频扼流圈构造构造作用作用对比记忆：对比记忆：新知探究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，观察灯泡的亮暗实验表明直流不能通过电容器，而交流能够实验表明直流不能通过电容器，而交流能够“通过通过”电容器电容器S接直流电源时，灯泡不亮；接直流电源时，灯泡不亮；S接交流电源时，灯泡发光接交流电源时，灯泡发光+-SLC新知探究新知探究5F20F23F1.1.实验装置实验装置2.2.实
23、验现象实验现象接通直流，串联有电容的支路灯接通直流，串联有电容的支路灯泡不亮。泡不亮。接通交流，串联有电容的支路接通交流，串联有电容的支路中，灯泡较暗。中，灯泡较暗。电容越小，灯泡越暗。电容越小，灯泡越暗。频率越高，灯泡越亮。频率越高，灯泡越亮。电容器对交流有阻碍作用。电容器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对交流阻碍作用的大小叫容抗容抗。交流的交流的频率越高频率越高，容抗越小容抗越小。新知探究新知探究实际应用：隔直电容器通交流、隔直流旁路电容器通高频、阻低频后级输入后级输入前级输出前级输出容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用X表示新知探究新知探究元件电感线圈电容器
24、作用描述阻碍作用的物理量决定因素关系对比记忆：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自感系数L 交流电频率f电容C交流电频率fL越大，f越高，XL越大。C越大，f越高，XC越小。新知探究新知探究例.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
25、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DD新知应用新知应用通直流通直流，阻交流阻交流 通低频，通低频，阻高频阻高频 电容对交变电流的作用：电容对交变电流的作用：通交流通交流，隔隔直流直流 通高频通高频，阻低频，阻低频电感对交变电流的作用：电感对交变电流的作用：低频扼流圈（低频扼流圈（L大）大）高频扼流圈（高频扼流圈（L小）小）隔直电容器隔直电容器高频旁路电容器（高频旁路电容器（C小）小）课堂小结课堂小结.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50 HzB、所加电源频率为100 HzC、所加电源频率为50 Hz，减少线圈匝数D、在线圈中加入铁芯，所加电源频率为 100 HzD新知巩固新知巩固、有两个电容分别为C1=5 F,C2=3 F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=50 Hz的交变电流B、在C2上加f=50 Hz的交变电流C、在C1上加f=60 Hz的交变电流D、在C2上加f=60 Hz的交变电流C新知巩固新知巩固人教版高中物理选修二 课程结束课程结束人教版高中物理选修二
