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1、2 描述交流电的物理量,第二章 交变电流,学习目标,知识探究,典例精析,达标检测,1.掌握交变电流的周期、频率、线圈转动角速度三者之间的关系. 2.能理解电流的有效值是与热效应有关的量，而平均值不是简单意义的平均. 3.掌握交变电流有效值与峰值的关系，会进行有效值的计算,一、周期和频率,答案,如图1所示，交变电流完成一次周期性变化需要多长时间？在1 s内完成多少次周期性变化？,答案 完成一次周期性变化需要0.02 s；在1 s内完成50次周期性变化,知识探究,导学探究,图1,周期、频率及它们之间的关系： (1)周期(T)：交变电流完成一次 变化所需的时间 (2)频率(f)：交变电流1 s内完成
2、 变化的次数 (3)T 或f 1 T .,知识梳理,周期性,答案,周期性,1 f,(多选)关于正弦交变电流的周期和频率，下列说法中正确的是 ( ) A.交变电流最大值出现两次的时间间隔等于周期的一半 B.1 s内交变电流出现最大值的次数等于频率 C.交变电流方向变化的频率为交变电流频率的2倍 D.50 Hz的交变电流，其周期等于0.05 s,即学即用,解析答案,解析 根据周期的定义知选项A正确，选项B错误. 因为在一个周期的时间内，交变电流会出现正向和负向最大值各一次，但相邻两个峰值的时间间隔为半个周期.交变电流在一个周期内方向改变两次，即方向变化的频率为交变电流频率的2倍，故选项C正确. 由
3、T 1 f 1 50 s0.02 s知，选项D错误. 答案 AC,二、峰值和有效值,某交流电压的瞬时值表达式u6 2 sin (100t) V，把标有“6 V 2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏？把标有6 V的电容器接在此电源上会不会被击穿？,答案 小灯泡不会被烧坏，交流电压的瞬时值表达式u6 2 sin (100t) V中6 2 V是最大值，其有效值为6 V，而标有“6 V 2 W”的小灯泡中的6 V是有效值.电容器会被击穿.,导学探究,答案,对交变电流的峰值、有效值的理解： (1)峰值：也叫最大值，它是所有瞬时值中的 值. 当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em (转轴垂直于
4、磁感线). 电容器接在交流电路中，交变电压的 值不能超过电容器的耐压值. (2)有效值：让交流电与某一直流电通过 电阻，在 内所产生的热量 ，我们就把这个直流电的电流值I、电压值U叫做这个交流电的有效值.,知识梳理,最大,答案,最大,同一,相同时间,相等,nBS,(3)正弦交变电流的有效值I、U与峰值Im、Um的关系：I Im 2 ，U Um 2 . 注意：非正弦交变电流的有效值只能根据电流的 计算. (4)有效值的应用 计算与电流热效应有关的量(如功率、热量)要用 值. 交流电表的测量值为 值，电气设备标注的额定电压、额定电流以及通常提到的交流电的数值都指 值.,热效应,答案,有效,有效,有
5、效,如图2所示是一交变电流随时间变化的图像，求此交变电流的有效值.,解析答案,即学即用,解析 设该交变电流的有效值为I，直流电的电流为I，让该交变电流和直流电分别通过同一电阻(阻值为R)，在一个周期(T0.2 s)内，该交变电流产生的热量：,图2,在一个周期内，直流电通过该电阻产生的热量QI2RT 由QQ，代入数据解得I5 A，即此交变电流的有效值II5 A,答案 5 A,返回,例1 矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的转动轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图3所示.下列说法中正确的是( ),一、周期和频率的理解,典例精析,解析答案,图3,A.此交变电流的
6、频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.线圈在转动过程中穿过线圈的最大磁通量为 1 100 Wb,答案 BD,例2 如图4所示的交变电流由正弦交变电流的一半和反向脉冲电流组合而成，则这种交变电流的有效值为( ),二、非正弦交变电流有效值的计算,图4,方法提炼,解析答案,答案 C,方法提炼,方法提炼,对于非正弦交变电流的有效值，应按有效值的定义计算，计算时要紧扣电流通过电阻产生的热量进行计算. 计算时注意三同：“相同电阻”上，“一个周期”内产生“相同热量”.半周期对称的可取半个周期.,例3 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律
7、图像如图5甲所示.已知发电机线圈内阻为5 ，外接一只电阻为95 的灯泡，如图乙所示，则 ( ),三、正弦交变电流有效值的计算和应用,归纳总结,解析答案,图5,A.电压表 的示数为220 V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484 W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J,由题图甲知T0.02 s，一个周期内电流方向改变两次，可知1 s内电流方向变化100次，B错；,归纳总结,答案 D,归纳总结,1.只有正弦交流电的有效值根据E Em 2 计算. 2.计算与电流热效应有关的量(如功率、热量)要用有效值. 3.交流电表的测量值，电气设备标注的额定电压、额
8、定电流，通常提到的交流电的数值都是指有效值.,例4 在水平方向的匀强磁场中，有一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n100匝，边长为20 cm，电阻为10 ，转动频率f50 Hz，磁场的磁感应强度为0.5 T，求： (1)外力驱动线圈转动的功率；,四、交流电四值的理解及应用,解析答案,解析 线圈中交变电动势的最大值 EmnBS1000.5(0.2)2250 V628 V.,答案 1.97104 W,(2)转至线圈平面与中性面的夹角为30时，线圈产生的感应电动势及感应电流的大小；,解析答案,解析 线圈转到与中性面成30角时，其电动势的瞬时值eEmsin 30314 V，,答
9、案 314 V 31.4 A,(3)线圈由中性面转至与中性面成30夹角的过程中，通过线圈横截面的电荷量.,解析答案,总结提升,通过线圈横截面的电荷量为q，,答案 2.68102 C,返回,总结提升,1.计算电功、电热用交流电的有效值.,返回,1.如图6是某种正弦交变电压的波形图，由图可确定该交变电压的 ( ),达标检测,1,2,3,4,解析答案,图6,A.周期是0.01 s B.最大值是220 V C.有效值是220 V D.表达式为u220sin (100t) V,答案 C,1,2,3,4,解析答案,2.通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图7所示， 其周期为1 s.该电阻两端电压的有效值
10、为 ( ),1,2,3,4,解析 根据电流的热效应计算电流的有效值，由(0.1 A)2R0.4 s2(0.2 A)2R0.1 s2I2R1 s可得，流过电阻的电流的有效值I 10 25 A，该电阻两端电压的有效值为UIR4 10 V，B正确.,B,图7,3.如图8所示，实验室有一台手摇交流发电机，内阻r1.0 ，外接R9.0 的电阻.闭合开关S，当发动机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10 2 sin (10t) V，则( ),1,2,3,4,图8,解析答案,A.该交变电流的频率为10 Hz B.该电动势的有效值为10 2 V C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W D.电路中理想交流
11、电流表A的示数为1 A,解析 由发电机产生的感应电动势表达式e10 2 sin(10t) V可知，该交流电为正弦交变电流，其感应电动势的瞬时值表达式为eEmsin t，由两式对照可知：Em10 2 V，10 rad/s，又由于2f，解得f5 Hz，故选项A错误； 根据正弦交变电流有效值与峰值的关系可知，该电动势的有效值为E Em 2 10 V，故选项B错误；,1,2,3,4,解析答案,理想交流电流表测量的是电路中总电流的有效值，根据闭合电路欧姆定律有：I E Rr 1 A，外接电阻R所消耗的功率为PI2R9 W，故选项C错误，D正确. 答案 D,1,2,3,4,4.交流发电机线圈电阻r1 ，用电器电阻R9 ，电压表示数为9 V，如图9所示，那么该交流发电机( ),1,2,3,4,返回,图9,解析答案,A.电动势的峰值为10 V B.电动势的有效值为9 V C.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值 为10 2 V D.交流发电机线圈从中性面转过90的过程中的 平均感应电动势为 20 2 V,答案 D,1,2,3,4,返回,