2019-2020学年高中物理 第三章 电磁感应 三 交变电流课件 新人教版选修1-1

三、交变电流情景导入学习目标预览用一块蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡，可以看到灯丝在不停地颤动，而移去磁铁后就不再有这种现象，是什么原因使灯丝颤动起来的呢？1.理解交变电流是怎样产生的．2.定性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.初步了解发电机、交变电流的发明和利用对促进人类社会进步的作用，进一步体验科学、技术与社会生活之间的密切关系.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升[课时作业]一、交流发电机1．结构：由固定不动的“”和连续转动的“”组成．2．原理：电磁感应现象，即无论是哪种交流发电机都是由于转子的转动使得穿过线圈的发生变化，从而在线圈中激发出感应电动势．3．交流和直流大小和随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流．不变的电流叫直流．定子转子磁通量方向方向[思考]交变电流的大小是否一定变化？它与直流电的最大区别是什么？提示：交变电流的大小不一定变化，如方形波电流，它与直流电的最大区别是方向发生周期性的变化．二、交流的变化规律及有效值1．定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫．2．产生：矩形线圈在匀强磁场里绕垂直于磁场的转轴以某一角速度匀速转动，线圈中将产生．3．波形：正弦式电流的波形是．4．变化规律：在线圈平面与磁场垂直时，线圈中没有感应电流，这样的位置叫．从中性面开始计时，正弦式电流的瞬时值表达式为：e＝Emsinωt.交变电流正弦式电流正弦图象中性面5．物理量：有瞬时值、最大值、周期和频率．(1)峰值：说明交变电流在变化过程中所能达到的值，Umax、Imax分别为交变电流电压、电流的峰值．(2)周期和频率①周期：交变电流完成一次变化所用的时间，符号为T，它的单位是．②频率：交变电流在1s内发生周期性变化的，符号为f，单位为．③周期和频率的关系：T＝.最大周期性秒次数赫兹1f6．交变电流的有效值(1)定义：即在同一时间内跟某一交变电流能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫作该交变电流的．(2)和最大值的关系Ue＝Um2≈0.707Um，Ie＝Im2≈0.707Im.有效值[试做]如图所示为一正弦式交流电的u­t图象，由图可知：该交变电流的频率为________Hz，电压的有效值为________V.解析：由图知T＝0.02s，交变电流的频率f＝1T＝10.02Hz＝50Hz正弦式交流电有效值和峰值之间的关系是U＝Umax2，所以电压有效值U＝Umax2＝1002V＝502V.答案：50502三、交流能够通过电容器1．交变电流通过电容器的本质当电容器接到交流电路上时，由于电容器交替进行和，从而在电路中形成电流，表现为交流“通过”了电容器．2．电容器的作用和应用电容器能够通、隔，这一点在电子技术中有重要应用．充电放电交流直流[思考]当电容器接到交流电路上时，自由电荷通过电容两极板间的绝缘介质了吗？提示：没有．电容器通交流的实质是当电容器接到交流电路上时，电容器不断地充、放电，从而使电路中有了电流.要点一交变电流的特点1．交变电流的特征电流大小和方向随时间做周期性变化是交变电流的最重要特征．2．直流与交变电流的对比按大小和方向的变化规律，可将电流作如下的分类：恒定电流大小、方向均恒定直流非恒定电流仅方向恒定正弦式电流电流、电压随时间按正弦函数规律变化的交变电流交变电流非正弦式电流电流、电压随时间不按正弦函数规律变化的交变电流[例1](多选)如图所示各图线中表示交变电流的是()[解析]因为电流方向随时间做周期性变化，是交变电流的最主要特征，也是交流与直流的最主要区别．[答案]BCD恒定电流仅仅是直流中的一种；同样，交变电流也并不都是正弦式电流，正弦式电流的特殊规律不能适用于所有交变电流．1．图中画出了六种电流随时间变化的图象．这六个图中的电流都随时间t做周期性变化，其中属于正弦式电流的是________．解析：大小、方向随时间做周期性变化的电流称为交变电流，所以①、③、⑤、⑥属于交变电流，④为直流；电流、电压按正弦规律变化的交变电流称为正弦式电流，故③为正弦式电流．答案：③要点二交变电流的最大值和有效值的应用交变电流的最大值是指交变电流在一个周期内所能达到的最大瞬时值．当矩形线圈在匀强磁场中匀速转动到与磁场方向平行时，产生的感应电动势具有最大值，Em＝nBSω.此时电路中的电流强度及用电器两端的电压都具有最大值，即Im＝EmR＋r，Um＝ImR.通过计算表明，正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系为：E＝Em2，I＝Im2，U＝Um2.在交流电路中，电流表、电压表、功率表等仪表测量的示数均为有效值，在没有特别指明的情况下，所给出的交变电流的数值都是指有效值，在日常生活中，使用交变电流的用电器铭牌上所标明的额定电压、额定电流也都是指有效值，在计算电功、电热、电功率等物理量时，均需要代入有效值进行计算．[例2](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＝20sin0.02tAD．在t＝T8时刻，电流的大小与其有效值相等[思路点拨]解此题的关键是充分利用i­t图象信息，并结合T＝1f、Um＝2u及公式i＝Imsinωt中各符号的意义判断．[解析]从题图中可以看出，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＝Imsin2πft＝20sin314tA.在t＝T8时，交变电流的瞬时值为i＝Imsin2πTt＝Imsinπ4＝Im2.所以答案为B、D.[答案]BD(1)利用有效值U＝Um2≈0.707Um，Im＝Im2≈0.707Im计算只适用于正弦式电流．(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．2．如图所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的()A．周期是0.01sB．最大值是311VC．有效值是311VD．表达式为u＝220sin100πtV解析：由题图可得周期为0.02s，选项A错误．选项D中峰值应该为311V，即u＝311sin100πtV，选项D错误．有效值Ue＝Um2＝3112V≈220V，选项C错误．答案：B[随堂训练]1．关于交变电流与直流电的说法中正确的是()A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的D．直流电的方向可以发生周期性变化解析：交变电流是指大小和方向都随时间做周期性变化的电流，而方向不随时间变化叫直流电．所以A、C、D错，B正确．答案：B2．(多选)对电容器能通过交变电流的原因，下列说法正确的是()A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有电流B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有电流C．在有电容器的交流电路中，没有电荷的定向移动D．在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器解析：电容器接在交流电路中时，电路中有电流，有电荷的定向移动，但没有电荷能通过电容器，B、D选项正确．答案：BD3.(多选)如图，矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，当转到图示位置时，线圈的()A．磁通量为零B．感应电流为零C．电动势为零D．感应电流最大解析：此位置没有磁感线穿过线圈，所以磁通量是零，但此时感应电动势和感应电流都有最大值．答案：AD4．(多选)关于交变电流的有效值U和最大值Um，下列说法中正确的是()A．任何形式的交变电流都具有U＝Um2的关系B．只有正弦交变电流才具有U＝Um2的关系C．照明电压220V，动力电压380V指的都是有效值D．交流电压表和交流电流表测的都是最大值解析：电压、电流的有效值和峰值之间的2倍关系是仅限于正弦式电流而言的，所以A是错误的，B是正确的；在交变电流的讲述中没有特殊说明情况下的电流和电压均指有效值，所以C正确；电流表和电压表的工作原理都是根据有效值制造的，所以D不正确．故正确答案为B、C.答案：BC5．电流方向每秒钟改变100次的交变电流，它的周期和频率分别是()A．0.01s和100HzB．0.01s和50HzC．0.02s和50HzD．0.02s和100Hz解析：电流方向每秒钟改变100次，即50个周期，所以周期为0.02s，频率为50Hz.答案：C6．在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分，如果只要把交流成分输送到下一级，应该采用如图所示电路中的________电路图(填“a”或“b”)．其中的电容器叫________(填“滤波电容器”或“隔直电容器”)，它的作用是_____________________________________________________________________．答案：b隔直电容器隔直流、通交流