2019-2020学年高中物理 第3章 电磁感应 3 交变电流课件 新人教版选修1-1

三交变电流1．了解交变电流是怎样产生的．2．了解交变电流的变化规律及其图象表示和主要特征物理量．3．知道交变电流能通过电容器的原因，了解交变电流这一特性在电子技术中的应用．4．了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用．一、交流发电机1．发电原理：由于转子的转动使得穿过线圈的________发生变化，在线圈中产生了_________________．2．交变电流：大小、方向随时间做________变化的电流，简称________．________不变的电流叫直流．磁通量感应电动势周期性交流方向二、正弦式交变电流1．_____________随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式交流电．2．表达式：i＝______________，u＝______________.3．正弦式交变电流的i－t图象或u－t图象为__________．电流、电压ImsinωtUmsinωt正弦曲线三、描述交变电流的物理量1．周期和频率(1)交变电流完成____________________所需的时间叫做交变电流的________，通常用T表示；交变电流在1s内完成周期性变化的_______叫做交变电流的________，通常用f表示．(2)周期和频率的关系为T＝________.(3)T和f的单位分别是________和__________．一次周期性变化周期次数频率1f秒(s)赫兹(Hz)2．交变电流的峰值(Um、Im)表明交变电流在一个周期变化过程中所能达到的__________．3．交变电流的有效值(Ue、Ie)(1)交变电流的有效值是根据_________________来规定的：把交流和直流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的__________，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值．最大数值电流的热效应热量相等(2)对正弦式交变电流，其有效值和峰值之间存在着如下的关系：Ie＝____________，Ue＝__________________.温馨提示各种使用交变电流的电器上，所标注的电压、电流都是有效值．四、交流电能通过电容器电容器具有“隔________，通________”的特点，故在电子技术上广泛应用．Im2＝0.707ImUm2＝0.707Um直流交流一、交变电流的产生1．交流发电机各种发电机都由固定不动的“定子”和连续转动的“转子”组成．常见发电机有两类：(1)旋转电枢式发电机：线圈在磁场中旋转．线圈(电枢)是转子，磁体是定子．(2)旋转磁极式发电机：磁体转动，是转子；线圈不动，是定子．无论是线圈转动，还是磁体转动，都是转子的转动使得穿过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生感应电动势．2．交变电流的产生(1)正弦式交变电流的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动(如图3－3－1所示)，产生交变电流．图3－3－1(2)正弦式交流电的变化规律：①电流、电压随时间按正弦规律变化．②图象为正弦曲线：二、描述交流电的各物理量的关系1．周期(T)与频率(f)周期与频率互为倒数关系，即T＝1f或f＝1T.2．峰值与有效值(1)对于正弦式交流电：Ie＝Im2，Ue＝Um2，E＝Em2(2)对于一般的交流电要根据有效值的定义去求．3．有效值与平均值(1)对于某交流电，它的有效值是恒定的，可以通过峰值求得．(2)交流电的平均值E＝nΔΦΔt，而E在不同的时间Δt内是不同的，电流的平均值I＝ER.(3)在计算热量、电功、电功率时用有效值；在计算通过导体的电荷量时用平均值．交变电流的理解例1下图中属于交变电流的是()解析根据交变电流的定义判断，大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流．符合此定义的是B、C两图，A、D两图中只是电流的大小做周期性变化，方向未变，不符合定义．答案BC借题发挥实际的交变电流都是大小、方向都做周期性变化的，但从概念上讲，只要方向周期性变化，我们就称之为交变电流．比如C选项中即使正负电流数值相同，也叫做交变电流．1．关于交变电流的理解，下列说法正确的是()A．大小、方向都随时间周期性变化的电流叫交变电流B．交变电流就是正弦交变电流C．我们的照明用电是交流电D．电池也是提供交变电流【答案】AC【解析】交变电流不一定是正弦交变电流，电池提供直流电．交流电变化规律和图象例2一个正弦规律变化的交变电流的图象如图3－3－2所示，根据图象计算：(1)交变电流的频率．(2)交变电流的有效值．(3)写出该电流的瞬时值表达式．图3－3－2解析(1)由图知周期T＝0.02s，故f＝1T＝10.02Hz＝50Hz.(2)由图知峰值Im＝20A，故有效值Ie＝Im2＝202A＝102A.(3)瞬时值表达式i＝ImsinωtA，ω＝2πT＝100πrad/s，所以电流瞬时值表达式为i＝20sin(100πt)A.答案(1)50Hz(2)102A(3)i＝20sin(100πt)A借题发挥当闭合线圈从垂直磁场的位置开始转动时，线圈内产生的交变电流的瞬时值表达式为i＝Imsinωt.其中ω为线圈转动的角速度，ω＝2π·f＝2πT.【答案】BC2．某交变电流电压的表达式为u＝2202sin(100πt)V，关于这个交变电流的下列说法中正确的是()A．频率为100HzB．电压的有效值为220VC．电压的峰值为311VD．周期为0.05s【解析】由表达式可直接求出电压的峰值Um＝2202V≈311V，有效值Ue＝Um2＝220V，故B、C选项正确；因ω＝100πrad/s，故交流的周期T＝2πω＝0.02s，频率f＝1T＝10.02Hz＝50Hz，故A、D选项错误．1．如图3－3－3所示为一交变电流的电流随时间变化的图象，此交变电流的有效值是()交变电流的理解A．52AB．5AC．3.52AD．3.5A图3－3－3【答案】B【解析】使此交变电流通过电阻R，在一个周期内产生的热量为Q交＝I21R·T2＋I22R·T2＝(I21＋I22)R·T2，式中I1＝42A，I2＝32A，T＝0.02s.设另一直流电为I，则通过同样的电阻在同样时间(T＝0.02s)内产生的热量为：Q直＝I2RT.根据有效值的定义，由Q直＝Q交，即I2RT＝(I21＋I22)·R·T2得I＝I21＋I222＝32＋182A＝5A．这个直流电流就称为此交变电流的有效值．2．如图3－3－4所示是一正弦交变电流的电流图象，此正弦交变电流的频率和电流的有效值分别为()交流电变化规律和图象图3－3－4A．50Hz,102AB．50Hz,52AC．100Hz,102AD．100Hz,52A【答案】B【解析】由图象可知，此交流电的周期T＝0.02s，故频率f＝1T＝50Hz；由图可知此交流电的最大值为10A，故其有效值为102A＝52A.3．某电热器接在10V的直流电压上，其功率为P，当接正弦式电压u＝20sin314t(V)时，其功率为()A．PB．2PC.P2D．4P【答案】B【解析】本题考查交流电压的有效值．设电热器的电阻为R，当接在10V直流电压两端时，有P＝U2R＝102R①，正弦式电压u＝20sin314t(V)的有效值Ue＝202V＝102V，当把电热器接入该电压两端时，功率P′＝U2eR＝1022R②，解①②得P′＝2P.故正确答案为B.