52描述交变电流的物理量课件新人教版选修32

2描述交变电流的物理量学习目标知识导图(1)知道描述交变电流的物理量有峰值、有效值、瞬时值、平均值、周期、频率，理解其物理意义，并会进行计算．(2)能灵活利用交变电流有效值的定义来求其有效值．(3)本节注重理论联系实际的学习方法，如电容器的耐压值、我国交变电流的周期等.课堂情景切入•我们知道日光灯接入的是交变电流，在一个周期里，日光灯明暗交替两次，也就是说日光灯实际上是时明时暗的，但是我们为什么感觉不到日光灯的闪烁呢？课前自主学习一、周期和频率阅读教材第34～35页“周期和频率”部分，回答下列问题.一、周期和频率周期：交变电流完成所需的时间，用T表示，单位是秒．频率：交变电流在1s内完成周期性变化的，用表示，单位是，符号是Hz.二者关系：T＝1f或f＝1T.一次性周期变化次数f赫兹．ω的确定：i＝Imsinωt的表达式中ω与f的关系为：ω＝2πf.．物理意义：描述交变电流周期性变化的快慢．思考：如图所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？提示：周期T＝0.02s；频率f＝50Hz.•峰值和有效值•1．峰值•(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的_________。•(2)意义：用来表示电流的_____或电压的_____。•(3)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。•2．有效值•(1)定义：让交变电流和恒定电流通过大小相同的电阻，如果在交流的__________内它们产生的热量_____，这个恒定电流的电流、电压数值，叫做这个交流的________。最大数值强弱高低一个周期相等有效值•(2)应用：①电器元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交流电_______。•②交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是______；交流电压表测量的数值是_______。•③交变电流的数值在无特别说明时都指_______。•3．有效值与峰值的关系对于正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是I＝Im2，U＝Um2最大值有效值有效值有效值应用：(1)电器元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交流电．(2)交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是；交流电压表测量的数值是．(3)交变电流的数值在无特别说明时都指．温馨提示(1)有效值的求法：取交变电流一个周期，求出通过电阻R产生的热量Q，再利用Q＝I2RT，或Q＝U2RT，求出电流或电压有效值．(2)不是所有的交变电流的有效值与最大值都满足I＝Im2.有效值有效值有效值有效值一、计算交变电流有效值的方法有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，理解有效值重点在“等效”，“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间，产生相同热量，交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大．有效值的计算(1)对于正弦交变电流，可先根据Em＝NBSω求出最大值，然后根据E＝Em2求出其有效值．(2)当电流是非正弦交变电流时，必须根据有效值的定义求解．几种典型交变电流的有效值(1)正弦式交变电流的有效值推导此类交流电满足公式U＝Umsinωt，i＝Imsinωt.它的电压有效值U＝Um2，电流有效值I＝Im2.(2)正弦半波交流电的有效值若将如下图所示的正弦半波交流电加在电阻R上，那么经一周期产生的热量应等于它为全波交流电时的12，即U2半·TR＝12U2全·TR，而U全＝Um2，因而得U半＝12Um，同理得I半＝12Im.(3)正弦单向脉动电流有效值因为电流热效应与电流方向无关所以如图5-2-2所示正弦单向脉动电流与正弦交流电通过电阻时所产生的热效应完全相同，即U＝Um2，I＝Im2.图5-2-2(4)非对称性交流电有效值假设让一直流电压U和如图5-2-3所示的交流电压分别加在同一电阻上，交变电流在一个周期内产生的热量为Q1＝U21R·T2＋U22R·T2，直流电在相等时间内产生的热量Q2＝U2RT.根据它们的热量相等有U21R·T2＋U22R·T2＝U2RT得U＝12U21＋U22，同理有I＝12I21＋I22.图5-2-3二、瞬时值、最大值、有效值、平均值有何区别与联系物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某一时刻的受力情况最大值最大的瞬时值Em＝NBSωIm＝EmR＋r确定用电器的耐压值有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E＝Em2U＝Um2I＝Im2(正弦式交变电流)(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值E＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路截面的电量•1．概念•交变电流的表达式U＝Emsin(ωt＋φ)中的相当于角度的量，即“_______”称为交变电流的_____。•2．初相位•t＝0时交变电流的_____。•3．相位差•两支交变电流的_____之差。对于频率相同的两个交变电流，其相位差等于其________之差，即Δφ＝________。•相位ωt＋φ相位相位相位初相位φ2－φ1教材资料分析思考与讨论[教材P35]提示1.将前半周期12s分成两个时间段，前0.2s和后0.3s．前0.2s通过该电阻产生的热量Q1＝I21Rt1＝12×1×0.2J＝0.2J，后0.3s通过该电阻产生的热量Q2＝I22Rt2＝22×1×0.3J＝1.2J，同理，后12s内也分成两个时间段，则0.3s和后0.2s，前0.3s通过该电阻产生的热量Q3＝I23Rt3＝22×1×0.3J＝1.2J，后0.2s通过该电阻产生的热量Q4＝I24Rt4＝12×1×0.2J＝0.2J．故在一周期T内产生的热量Q交＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝(0.2＋1.2＋1.2＋0.2)J＝2.8J.2．设某一直流电流I在1s时间内通过该电阻R产生的热量Q直＝I2RT，因为Q直＝Q交，即I2RT＝Q交，所以I2×1Ω×1s＝2.8J，解得I＝2.8A≈1.67A.【典例1】有两个完全相同的电热器，分别通以如图5-2-4甲和乙所示的峰值相等的方波交变电流和正弦交变电流．求这两个电热器的电功率之比．图5-2-4交变电流有效值的计算思路点拨求交变电流的有效值，要根据有效值的物理意义来求．解析交变电流通过纯电阻用电器R时，其电功率P＝I2R，I应该是交变电流的有效值．对于题甲图所示的方波交变电流，因大小恒定，故有效值I甲＝Im对于乙图所示的正弦交变电流，有效值I乙＝22Im则P甲＝I2mR，P乙＝Im22R＝12I2mR所以P甲∶P乙＝2∶1.答案2∶1借题发挥交变电流有效值的求法．(1)利用I＝Im2，U＝Um2，E＝Em2计算，只适用于正弦式或余弦式交流电．(2)利用有效值的定义计算(非正弦式交流电)．在计算有效值时要注意：①三同相同电阻相同时间产生相等热量②计算时的“相同时间”至少要取一个周期的时间．【变式1】如图5-2-5表示一交流电随时间而变化的图象，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值的强度为－Im，则该交变电流的有效值为多少？图5-2-5解析在各正半周内交流电为正弦交流，相应有效值为I1＝Im2；各负半周为方波交流电，相应有效值即为I2＝Im.取电阻为R，考虑一个周期内的热效应，设该交变电流的有效值为I，根据有效值的定义有I2RT＝I21R·T2＋I22R·T2，由此得I＝I21＋I222＝32Im.答案32Im