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高二物理描述交变电流的物理量1_图文

一、复习提问
如何描述正弦交流电的变化规律呢?

1.公式法:从中性面开始计时
瞬时电动势 e=Emsinω t Em=NBSω 瞬时电流 i=Imsinω t 瞬时电压 u=Umsinω t

2.图象法:如图所示

二、讲解新课
1.交变电流的周期和频率
交变电流跟别的周期性过程一样,是用周期或频率来表示变化快 慢的 。 1)周期:我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫 做交变电流的周期.周期用T表示,单位是 S。 2)交变电流在1s内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的 频率.频率用f表示,单位是Hz。 3)周期和频率的关系是 : T=

1 f

2.交变电流的最大值和有效值
1).交变电流最大值(Im、Em、Um):指交变电流一个周期 内所能达到的最大值.意义可表示交变电流的强弱或电压的 高低.实际中需要考虑。 交变电流的最大值只能表示其变化中的峰值,而不能表示交变 电流所产生的效果,通常用有效值来表示交变电流的大小。 2).有效值

问题2:如图所示电流I=2A通过一个R=2Ω 的电阻。它是恒定 电流。 怎样计算通过1 S内电阻R中产生的热量? i/A

2 解:根据焦耳定律得: 0 1 2 3 4 t/S

Q ? I Rt
2

? 2 2 ? 2 ?1J ? 8J

问题3:

如图所示电流I通过一个R=1Ω的电阻。他不是恒定电流。

1. 怎样计算通过1 S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?
i/A

2
1 0 -1 -2 0.5 1 t/s

解:根据焦耳定律得:
1. Q ? I 2 Rt 2.
Q ? I I ?
2

Rt

? (12 ?1? 0.2 ? 22 ?1? 0.3) ? 2 J ? 2.8J

Q Rt

2 .8 ? A 1? 1 ? 1 .6 7 A

定义有效值:(抓三个相同)让交流电和直流电通过同样的电 阻,如果它们在相同时间内,产生热量相等,把直流电的值叫 交流电的有效值 。 特点:交变电流的有效植根据电流的热效应来规定,与电流 的方向无关,但一般与所取时间的长短有关,在无特别说明 时是以一个周期的时间来确定有效值的。

3.正弦交流电有效值与最大值之间的关系

1 I? I m ? 0.707 I m 2

1 U? U m ? 0.707U m 2

说明: 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。
2.交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值; 交流电压表和交流电流表的示数是有效值;交变电流的数 值在无特别说明时都是指有效值。 问题4.交变电流电源的电压是 6 V,它跟电阻R1、R2及电容C、 电压表一起连成如图电路.忽略电源内阻,U1表示电压表示数, 为保证电容器不击穿,电容器耐压值U2,电路如图所示则( ) CD A.U1=6 2 V B.U =6V
2

C.U1=6 V

D.U2≥6 2V

问题5. 如图所示矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为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一周 的过程 中求: (1)流过R的平均电流 (2)电流的有效值是多少 (3)流过R的电量是多少 (4)产生的热量是多少?

例1.交变电流电压表达式为u=20sin314tV,求这个交变 电压的最大值Um 、有效值U、周期T、频率f。画出交变电 流的u-t图像。

答案: Um =20V
U m 20 U? ? ? 10 2V 2 2

f ?

1 ? 50 HZ T

u/V
20
0.01 0.02

T?

2?

?

? 0.02 S

0
-20

t/S

例2. 表示交变电流随时间变化图象.如图所 示,则交变电流有效值为( B ) 2 A.5 A B.5 A C.3.5 2 A D.3.5 A
i/A

4 2
0
0.04 0.02

t/S

?3 2

例3.如图所示表示一交流电随时间而变化的图像,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( D )

Im A. 2

B. 2I m

C.I m

3 D. Im 2

AB) 例4. 下列各种情况中所指的数值,哪些是交流电的有效值(
A.交流电路中交流电压表所指示的数值。 B.家用电器(如灯泡)上标明的额定电压值。

C.闭合矩形导线框在匀强磁场中绕垂直于磁感线的某一匀速转动 过程中,转到线框平面与磁感线平行的位置时的感应电动势的数 值。 D.电工工具上标明的耐压值。

课堂小结:

本节课主要学习了以下内容 1.利用交变电流(或电压)瞬时值表达式或图象可以求出 交变电流的最大值与有效值,周期与频率. 2.反之,利用交变电流的最大值(或有效值)、周期(或 频率)也能写出交变电流、电压的瞬时值表达式,并作出其 图象.

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