2013-2014学年高二物理粤教版选修3-2同步课件：第2章 第3节 表征交变电流的物理量

第三节表征交变电流的物理量交变电流1．掌握正弦交变电流的有效值和最大值之间的关系．2．理解交变电流的有效值的定义及意义．3．知道交变电流的周期、频率与线圈转动的角速度的关系．4．能解决有关计算有效值的问题．1．交变电流的有效值是根据_________规定的．让交流和直流通过相同阻值的电阻，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．2．通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都指________．(电容器的耐压值是交流的最大值．)3．交变电流最大值是指交变电流在___________所能达到的最大数值；所有使用交流的用电器，其最大耐值应大于其使用的交流电压的________，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的________．1．电流的热效应热量相等2．有效值3．一个周期内最大值最大值4．生活中用的市电电压为________，其最大值为____________________(有时写为310V)，频率为_____，所以其电压瞬时值的表达式为________________．5．线圈在磁场中转动________交变电流就发生一次周期性变化，我们把交变电流完成一次周期性变化所需要的____称为周期，交变电流在1s内完成周期性变化的____叫做频率，再者互为______，即________或________，频率是供电______的重要参数．4．220V220V＝311V50Hzu＝311sin314t(V)5．一周时间次数倒数fT＝1f＝质量21T考点一正弦交变电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值1．正弦交变电流的电动势、电压和电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别．以电动势为例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬时值用e表示，平均值用表示．它们的关系为：E＝Em/，e＝Emsinωt.平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：.特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，千万不可混淆．E2E＝nΔΦΔt照明用交流电压是220V，动力提供线路的电压是380V，它们的有效值、最大值各是多少？若用电压表测量，测得读数各是多大？解析：根据有效值和最大值的定义，照明用交变电压有效值是220V，最大值为220V，电压表测量读数为220V；动力提供线路电压有效值为380V，最大值为380V，电压表测量读数为380V.22答案：见解析练习1．下列说法正确的是()A．交变电流在一个周期内电流方向改变两次B．交变电流的有效值总是最大值的1/倍C．因为有效值表示交流电产生的平均效果，所以有效值与平均值相同D．若正弦交变电流的最大值是10A，则它的最小值是－10A2解析：线圈平面每经过中性面一次，电流方向改变一次，在一个周期内线圈平面有两次经过中性面，对于正弦式交变电流有效值是最大值的1/倍，对其他的交变电流不一定有这样的关系，交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，与平均值不同，交变电流的正负表示电流的方向，不表示电流的大小，交变电流的最小值为零．答案：A2考点二关于几种典型交变电流的有效值的计算1．正弦式交流电的有效值此类交流电满足公式e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，它的电压有效值为E＝，电流有效值I＝特别提醒：对于其他类型的交流电要求其有效值，应紧紧把握有效值的概念．下面介绍几种典型交流电有效值的求法.2．正弦半波交流电的有效值若将右图所示的交流电加在电阻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1/2，即Em2Im2U2半T/R＝12(U2全IR)，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，所以下图所示正弦单向脉动电流与正弦交流电通入电阻时所产生的热效应完全相同，即4．矩形脉动电流的有效值如右图所示电流实质是一种脉冲直流电，当它通入电阻后一个周期内产生的热量相当于直流电产生热量的，这里t是一个周期内脉动时间；由，得I矩＝Im，U矩＝Um.当＝1/2时，I矩＝Im，U矩＝Um.U＝Um2，I＝Im2.I2矩RT＝(tT)I2mRT或(U2矩R)T＝tT(u2mR)TtTtT1212I2矩RT＝(tT)I2mRT或(U2矩R)T＝tT(u2mR)TI2矩RT＝(tT)I2mRT或(U2矩R)T＝tT(u2mR)T5．非对称性交流电有效值假设让一直流电压U和如图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，直流电在相等时间内产生的热量，根据它们的热量相等有：得，同理有I＝.Q1＝U21R·T2＋U22R·T2Q2＝U2RTU＝12U21＋U2212I21＋I22交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为___________V.2解析：电压表的示数为交流电压的有效值，由此可知最大值为Um＝U＝20V．而转过30°时刻的瞬时值为u＝Umcos30°＝17.3V.答案：17.3练习2．通过某电阻的周期性交变电流的图象如右图所示；求该交流电的有效值I.解析：该交流周期为T＝0.3s，前t1＝0.2s为恒定电流I1＝3A，后t2＝0.1s为恒定电流I2＝－6A，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，有：代入数据计算得：I＝3AI2RT＝I21Rt1＋I22Rt22考点三描述交变电流变化快慢的物理量1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是s；2．频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数，用f表示，单位是Hz.生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次.1．表征交变电流的几个物理量：最大值、有效值、周期、频率.2．正弦式交流电最大值与有效值的关系：I＝，U＝；3．交流电的周期与频率的关系：T＝.Im2Um21f交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R.如右图所示，当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置的过程中，求：(1)通过R的电荷量q为多少？(2)R上产生的电热QR为多少？(3)外力做的功W为多少？解析：(1)按照电流的定义I＝q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即q＝t，而，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值．(2)求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR.，QR＝.这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值．II＝ER＋r＝nΔΦt()R＋r＝nBSt()R＋r，∴q＝nBSR＋rQ＝I2(R＋r)t＝E2R＋r·π2ω＝()nBSω2π2()R＋r2ω＝πωn2B2S24()R＋rRR＋rQ＝πωn2B2S2R4()R＋r2(3)根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热．因此W＝Q＝.一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能．πωn2B2S24()R＋r练习3．如下图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示．此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为()A．110VB．156VC．220VD．311V解析：从u－t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220V；后半周期电压为零．根据有效值的定义，，得U＝156V.答案：BU2RT＝U21R·T2＋01．下面关于交变电流的说法中，正确的是()A．交变电流的最大值不一定等于有效值的倍B．交流电流表和电压表的示数表示交变电流的瞬时值C．交流电器设备上所标的电流和电压值都是最大值D．交变电流的方向每个周期内改变一次2解析：正弦式交变电流有效值是最大值的1/倍，对其他的交变电流不一定有这样的关系，故A选项正确；交流电流表和电压表的示数，交流电器设备上所标的电流和电压值，都表示交变电流的有效值，故B、C错；交变电流的方向每个周期内改变两次，故D错．答案：A25．下面关于交变电流的说法中正确的是()A．交流电器设备上所标的电压和电流值是交流的最大值B．用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值C．给定的交流数值，在没有特别说明的情况下都是指有效值D．跟交流有相同的热效应的直流的数值是交流的有效值解析：根据交变电流有效值、最大值和瞬时值的物理意义，易知C、D正确．答案：CD祝您