5.2《描述交变电流的物理量》课件

1．知道交流电的瞬时值、峰值、有效值和平均值2．能计算有效值和平均值3．能区别峰值、有效值、平均值本节教学通过回顾上一节关于正弦交流电的变化规律的探讨，导入新课，并引出瞬时值和峰值的概念。利用视频《交流电的有效值》，让学生理解等效的思想，以“电壶烧水”为例，帮助学生弄清有效值的定义。再通过例题的讲解，帮助学生掌握有效值的计算。知道生活中电器标识的以及电表的读数都是有效值。通过课堂总结，让学生学会分辨比较交流电瞬时值、峰值、有效值和平均值的关系。课标和考试说明对本节内容的要求都集中在交变电流的峰值和有效值，以及瞬时值表达式和图象的应用上。交变电流的峰值在第一节已经有所介绍，因此本节应重点研究有效值；瞬时值表达式和图象的应用。在解题时主要体现在提取信息上，即利用瞬时值表达式或者图象分析交变电流的“四值”，进而结合欧姆定律等知识进行有关的分析和计算。规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝sinωt电流i＝Imsinωt＝sinωtREmR＋rEmR＋r正弦交流电的变化规律瞬时值峰值交变电流在一个周期内所能达到的最大数值线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时电动势的最大值电容器上的耐压值是电容器两极间所允许电压的最大值一、峰值此位置二、描述交变电流的物理量•交变电流完成一次周期性变化所需的时间周期•交变电流一秒内完成周期性变化的次数频率•线圈在匀强磁场中绕轴转动的快慢角速度f=1Tω=2πT=2πf我国生产和生活所用交流电的周期T=_____s，频率f=_____Hz，角速度ω=_____rad/s，在1s内电流的方向变化_____次。0.0250100π100我们是从什么角度说等效？交流电的有效值三、有效值用甲、乙两电壶烧水，设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同。若直流电源用10分钟把水烧开，而第二次用交流电时也用10分钟把水烧开，则说明该交流电与直流电等效。uOtDCAC1.定义：让交流电和恒定电流通过同样的电阻，如果它们在相同时间内，产生热量相等，把恒定电流的值叫交流电的有效值。3.正弦交流电的有效值与最大值的关系：2.物理意义：描述交流电做功或热效应的物理量。有效值U=Um𝟐=0.707UmI=Im𝟐=0.707Im问题1：如图所示，电流I=2A通过一个R=2Ω的电阻。已知其为恒定电流，怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?I/At/s122430Q=I2Rt=22×2×1J=8J问题2：如图所示，电流I通过一个R=1Ω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这个电阻R也能在1s内产生同样的热量，这个电流是多大？−212I/At/s−100.51Q=I2Rt=(12×1×0.2+22×1×0.3)×2J=2.8J22.8A111.67AQIRtQIRt关于有效值2.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。3.求通过某导体截面的电量要用平均值。1.任何电流都有有效值，但上述关系（、）只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用，需按定义计算（）。E=NΔФΔtU=Um𝟐I=Im𝟐关于有效值物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝EmR＋r讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E＝Em2U＝Um2I＝Im2适用于正(余)弦式交变电流(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值E＝BlvE＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路横截面的电荷量1.如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系。若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为()A．1∶𝟐B．1∶2C．1∶3D．1∶6C2．通过一阻值R＝100Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s。则电阻两端电压的有效值为()A．12VB．410VC．15VD．85VB3．如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，边长L＝10cm的正方形线圈共100匝，线圈总电阻r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2πrad/s，外电路中的电阻R＝4Ω，求：(1)感应电动势的最大值。(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°时的瞬时感应电动势。(3)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°的过程中产生的平均感应电动势。(4)交流电压表的示数。(5)线圈转动一周产生的总热量。解析：(1)感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝100×0.5×0.12×2πV＝3.14V(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势为e＝Emcos60°＝3.14×0.5V＝1.57V(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势为E＝nΔΦΔt＝nBSsin60°16T＝100×0.5×0.1×0.1×3216×2π2πV＝2.6V(4)交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值，即U＝ER＋rR＝3.142×44＋1V＝1.78V(5)线圈转动一周产生的总热量为Q＝Em22R＋rT＝0.99J4．如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过60°的过程中，下列判断正确的是()A．电压表的读数为NBSω2R＋rB．通过电阻R的电荷量为q＝NBS2R＋rC．电阻R所产生的焦耳热为Q＝N2B2S2ωRπ4R＋r2D．当线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2R＋rB解析：线圈在磁场中转动产生了正弦交流电，其电动势的最大值Em＝NBSω，电动势的有效值E＝NBSω2，电压表的读数等于交流电源的路端电压，且为有效值，则U＝NBSω2R＋rR，A错误；求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流，则q＝IΔt＝NΔΦR＋r＝NBS－12BSR＋r＝NBS2R＋r，故B正确；电阻R上产生的热量应该用有效值来计算，则电阻R产生的热量Q＝I2Rt＝[NBSω2R＋r]2R·π3ω＝πN2B2S2Rω6R＋r2，故C错误；线圈由图示位置转过60°时的电流为瞬时值，则i＝NBSωR＋rsinωt＝NBSωR＋rsinπ3＝3NBSω2R＋r，故D错误。