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

第三章电磁感应三、交变电流学习目标知识脉络1.知道交变电流是如何产生的．(难点)2．知道交变电流的变化规律，会用图象及特征物理量描述交变电流．(重点)3．掌握正弦式交变电流的有效值．(重点)4．理解交变电流通过电容器的原因．(难点)自主探新知预习一、交流发电机及交流的变化规律1．构造发电机都由固定不动的定子和能够连续转动的转子等部件构成．2．工作原理转子的转动使得穿过线圈的______发生变化，在线圈中激发出__________，通过接线端引出，接在回路中，便产生了________．3．交变电流和直流__________随时间做__________的电流叫交变电流．简称交流(AC)．只沿________流动的电流叫直流(DC)．磁通量感应电动势交变电流大小和方向周期性变化一个方向4．正弦式电流的变化规律(1)正弦式电流规律：i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)波形如图所示：5．描述交变电流的物理量(1)瞬时值：交流电在________的值．(2)峰值：电动势、电流、电压的最大值．(3)周期和频率：表示交变电流__________，T＝1f.我国使用的交流频率为____Hz.某一时刻变化的快慢50二、交流与电容器交流的有效值1．当电容器接到交流电路上，电容器交替进行____和____，电路中形成电流．2．电容器的电路特征：电容器能够通____、隔____．充电放电交流直流3．有效值：把交流和直流分别通过__________，如果在____________它们产生的____相等，这个________、电流的数值称为交流电压、电流的______．4．正弦式电流的有效值Ue＝Um2≈0.707Um，Ie＝Im2≈0.707Im.相同的电阻相等的时间内热量直流电压有效值1．思考判断(1)交流发电机可以将机械能转化为电能．()(2)家用照明电是交变电流．()(3)只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流．()(4)电容器在交流电路中对电流有阻碍作用．()(5)交变电流的有效值是以电流的热效应定义的．()(6)交流电、直流电都能通过电容器．()√√×√√×2．(多选)如图所示图象中属于交流电的有()ABC[D图表示的电流大小发生了周期性变化，而方向没有变化，A、B、C图中的电流大小、方向发生了周期性变化．]3．有一台使用交流电的电冰箱上标有额定电压为“220V”的字样，这“220V”是指()A．交流电电压的瞬时值B．交流电电压的最大值C．交流电电压的平均值D．交流电电压的有效值D[若无特殊说明，各电器上标的额定值都是有效值，故D正确．]4．(多选)如图所示，将电灯与电容器串联接入通有交变电流的电路中，灯泡发光，则()A．自由电荷通过了电容器两极板间的绝缘电介质B．自由电荷没有通过电容器两极板间的绝缘电介质C．接入交变电源使电容器两极板间的绝缘电介质变成了导体D．电容器交替进行充放电，电路中就有电流，表现为交变电流“通过”了电容器BD[电容器“通交流”是因为两极板不断地充、放电，从而使电路中有电流，而不是自由电荷通过了两极板间的电介质，所以B、D项正确．]合作攻重难探究交变电流的变化规律1.描述交变电流的物理量(1)瞬时值：i＝Imsinωt，u＝Umsinωt.(2)峰值：电流和电压的最大值，即Im和Um.(3)周期和频率①周期：交流完成一次周期性变化所用的时间叫做交流的周期，用T表示．②频率：交流在1s内发生周期性变化的次数，叫做交流的频率，用f表示．单位是赫兹，符号Hz.周期与频率的关系：T＝1f.角速度与周期、频率的关系：ω＝2πT＝2πf.2．图象交变电流的变化规律可以用示波器显示出来，正弦式电流的变化规律图象如图所示．【例1】(多选)一个按正弦规律变化的交变电流的i­t图象如图所示，根据图象可以断定()A．交变电流的频率f＝0.2HzB．交变电流的有效值I有＝14.14AC．交变电流瞬时值表达式i＝20sin(0.02t)AD．在t＝T8时刻，电流的大小与其有效值相等思路点拨：解此题要把握两点：①图象提供的信息及和瞬时值的对应关系．②最大值和有效值之间的关系．BD[从图中可以看出，交变电流的最大值为Im＝20A．有效值为I有＝Im2＝202A＝102A＝14.14A交变电流的周期为T＝0.02s所以f＝1T＝50Hz交变电流的瞬时值表达式为i＝Imsinωt＝Imsin(2πft)＝20sin(314t)A在t＝T8时，交变电流的瞬时值为i＝Imsin2πTt＝Imsinπ4＝Im2(A)，所以答案为B、D.][注意事项](1)利用有效值U＝Um2≈0.707Um，I＝Im2≈0.707Im计算只适用正弦交流电．(2)理解图象的物理意义，从图象中找出周期和最大值，写出瞬时表达式．1．已知交变电压瞬时值的表达式为u＝311sin100πtV，从t＝0到第一次电压出现峰值的时间()A．0.005sB．0.001sC．0.02sD．0.01sA[交变电压按正弦规律变化，当第一次电压出现峰值时，sin100πt＝1，即100πt＝π2，t＝0.005s，故A正确．]交变电流有效值的理解1.在定义有效值时要注意：三同相同电阻相同时间产生相同热量2．公式Ue＝Um2、Ie＝Im2仅适用于正弦式电流．3．在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值．如电功率的计算式：P＝IU中，U、I均为有效值．4．在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的都是有效值．5．各种使用交变电流用电器铭牌上标出的额定电压、额定电流均指有效值．【例2】如图所示为一交流电随时间变化的图象，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，则该交流电的有效值为()A．Im2B．2ImC．ImD．32ImD[交变电流一个周期内通过电阻R产生的热量为Im22R×1×10－2＋I2mR×1×10－2，直流电流I通过R相同时间产生的热量为I2R×2×10－2.由有效值的定义知：Im22R×1×10－2＋I2mR×1×10－2＝I2R×2×10－2，得I＝32Im.]在有效值的计算中要掌握的原则是：认清交变电流的变化规律，分清每一阶段的电流的特征，确定每一阶段电流的有效值，一定要在一个周期内使用焦耳定律来计算有效值．2．如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象．此交变电流的有效值是()A．52AB．5AC．3.52AD．3.5AB[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I，通过同样的电阻在同样时间(T＝0.02s)内产生的热量则为：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这个直流电流值，就称为此交变电流的有效值．]当堂固双基达标1．目前，我国照明电路的电压瞬时值表达式为u＝311·sin100πtV，则我国照明电路的电压有效值与频率分别为()A．220V，50HzB．311V，50HzC．220V，60HzD．311V，60HzA[由电压表达式知Um＝311V，ω＝100πrad/s，则U＝Um2＝220V，f＝ω2π＝100π2πHz＝50Hz，故选项A正确．]2．(多选)一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4πrad/s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图所示，则()A．交变电流的频率是4πHzB．交变电动势的最大值是10VC．当t＝0.5s时，e有最大值D．交变电流的周期是0.5sBD[由于线圈转动的角速度试题中已给出，所以线圈的转动频率可以由公式直接求出，线圈的频率和交变电流的频率是相同的，ω＝4πrad/s，而ω＝2πf，故f＝2Hz，T＝1f＝0.5s．由图象可看出：电动势最大值为10V，t＝0.5s时，ωt＝2π，e＝0.]3．关于电容对交变电流的影响，以下说法中正确的是()A．电容对交变电流有阻碍作用B．电容对交变电流的阻碍作用越小，容抗就越大C．电容具有“通直流、隔交流，通低频、阻高频”的作用D．电容器的电容越小，交变电流的频率越低，电容器对交变电流的阻碍作用就越小A[很明显，A项对；电容对交变电流的阻碍作用越小，容抗就越小，B项错；电容具有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的作用，C项错；电容器的电容越小，交变电流的频率越低，电容器对交变电流的阻碍作用就越大，D项错．]4．在相同时间内，某正弦交变电流通过一阻值为100Ω的电阻产生的热量，与一电流为3A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则()A．此交变电流的有效值为3A，最大值为32AB．此交变电流的有效值为32A，最大值为6AC．电阻两端的交变电压的有效值为300V，最大值为600VD．电阻两端的交变电压的有效值为3002V，最大值为600VA[根据交变电流有效值的定义方法，易知交变电流的有效值为3A；根据最大值与有效值的2倍关系，易知交变电流的最大值为32A；根据欧姆定律U＝IR，则有U有效＝I有效R，Um＝ImR，得电阻两端的交流电压的有效值为300V，最大值为3002V．]