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1、交变电流的特点交变电流的特点 1两种电流 (1)恒定电流 电流的大小和方向都不随时间变化。 (2)交变电流 电流的大小和方向随时间做周期性变化，俗称交流电。 (3)两种电流的图象 恒定电流(如图甲所示)，交变电流(如图乙所示) 直流电源和交流电源有何区别？ 解析：直流电源有正负极，交流电源没有正负极。 2描述交变电流的物理量 (1)交变电流的周期、频率、最大值、有效值 区别联系 物理量 概念(或物理意义)符号及单位联系 周期 完成 1 次周期性变化 所需要的时间 T、s 频率 1 s 内完成周期性变 化的次数 f、Hz 用来表示电流周期性 变化的快慢，f1 T 最大值 交变电流在 1 个周期
2、内能达到的最大值 Um、V Im、A 有效值 和交变电流通过相同 阻值的电阻，在相同 时间内产生的热量相 等的恒定电流的值 U、V I、A 对正弦式(或余弦式) 交流电有 IIm 1 2 UUm 1 2 (2)有关交流的常见数值及说法 我国工农业生产及生活用电的周期为 0.02 s， 频率为 50 Hz， 电流方向每秒改变 100次 ； 电气元件或设备上所标的耐压值是指该设备所能承受的交流电压的最大值； 交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值 ； 交流电流表和交流电压表的示 数是有效值；交变电流的数值在无特别说明时都指有效值。 我国民用交变电流中的照明电压 220 V 和动力电压 38
3、0 V，指的是最大值还是有效值？ 解析：有效值。 1交变电流是指方向随时间变化的电流，无论其大小是否变化，只要方向变化就是交 变电流，方向不变化就是直流电，大小和方向都不变的为恒定电流。 2常见的几种交变电流 交变电流的变化规律不同，常见的有以下几种情况： 典例 1 如图所示的各图线中不表示交变电流的是( ) 思路探究 (1)理解交变电流的特征是电流方向变化。 (2)明确图象中电流方向是否变化。 解析 A、C、D 中电流的方向发生改变，故 A、C、D 中的图象表示交变电流，B 中电 流方向始终不变，B 正确，A、C、D 错误。 答案 B 总结提能 交变电流和恒定电流的区分方法 交变电流方向会发
4、生改变，而恒定电流的大小和方向均不变。 1多选如图所示的各图线中表示交变电流的是( ) 解析：选 BCD 交变电流的方向随时间变化，B、C、D 正确。 1有效值的特点 (1)交变电流有效值是根据电流的热效应来规定的，与电流的方向无关，但一般与所取 时间的长短有关，在无特别说明时是由一个周期的时间来确定的。 (2)在定义有效值时应注意三“同”：相同电阻；相同时间；产生相同热量。 2有效值的计算方法 (1)分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q。 (2)让直流电流(实际上是恒定电流)通过相同的电阻在交变电流的一个周期时间内产生 的热量等于Q。如 ：QI2RT，或QT或QT。相对应的I、U、E即为
5、交变电流、电压、 U2 R E2 R 电动势的有效值。 3交变电流的平均值不等于有效值 (1)交变电流的平均值是交变电流图象中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，与交流 的方向及所取时间的长短均有关系，其数值根据法拉第电磁感应定律En求得。 t (2)在计算通过导体某截面的电荷量时， 只能用交变电流的平均值，qtI E R I tn。 E R R (3)交变电流的平均值的计算不是初、末状态瞬时值的平均。 典例 2 如图表示一交变电流随时间变化的图象，则此交变电流的有效值是多少？ 思路探究 选取一 个周期 分两段表示 产生的热量 用恒定电流表 示产生的热量 确定有 效值 解析 交变电流的周期T0.
6、02 s，在前半周期，电流为I14 A； 后半周期电流I22 3 A。根据焦耳2 定律，在一个周期内交变电流通过电阻R产生的热量 QI R I R I2RT 2 1 T 2 2 2 T 2 所以交变电流的有效值I 5 A I2 1I2 2 2 答案 5 A 2 如图所示交变电流图象为某一正弦交变电流更换负载后的i t图象， 求该交变电流 的有效值。 解析：根据交变电流有效值的定义取一个周期T。 I2RT 2R 102R ( 10 2) T 2 T 2 已知T0.2 s 解得有效值I5 A8.7 A3 答案：8.7 A(或 5 A)3 思想方法 应用等效法计算交变电流有效值 1根据有效值的定义我
7、们可知，计算交变电流的有效值时，其思想是应用了物理学中 的等效思想，即在相同的时间内(通常取一个周期)让交流电和直流电分别通过相同的电阻， 若产生的热量相等，则直流电的大小即为交流电的有效值。 2几种常见交变电流有效值的计算 电流名称电流图线有效值 正弦式交 变电流 II m 2 正弦半波 电流 II m 2 正弦单向 脉动电流 II m 2 矩形脉动 电流 II m 2 非对称性 交变电流 I I2 1I2 2 2 典例 如图所示为一交变电流随时间变化的图象，求此交变电流的有效值I。 解析 由有效值的定义可得 I2RTI R I R 2 1 T 2 2 2 T 2 将I1 A，I2 A 代入
8、上式解得I A 2 2 4 2 5 答案 A5 变式训练 (海南高考)通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图所示，其周期为 1 s。电阻两 端电压的有效值为( ) A12 V B4 V10 C15 V D8 V5 解析 ： 选B 由题意结合有效值的定义可得I2RT2， 将I10.1 A，I2 (I 2 1R2 5TI 2 2R 1 10T) 0.2 A代入可得流过电阻的电流的有效值I A， 故电阻两端电压的有效值为IR4 10 25 V，B 正确。10 1关于交变电流和直流电的说法，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，但方向不一定变化 C交变
9、电流一定是按正弦或余弦规律变化的 D交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化 解析：选 D 直流电的特征是电流方向不变，交流电的特征是电流方向改变，另外交变 电流不一定都是正弦交流电或余弦交流电，D 正确。 2关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是( ) A任何形式的交流电压的有效值都是U 的关系 Um 2 B只有正弦式交流电才具有U 的关系 Um 2 C照明电压 220 V 和动力电压 380 V 指的都是最大值 D交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值 解析 ： 选 B 只有正弦式交流电才有U 的关系， 其他交流电不适用， A 错误， B 正确 ； Um 2 家用照明电压、
10、动力电压均指有效值，交流电表测量的也是有效值，C、D 错误。 3有一电子器件，当其两端电压高于 100 V 时导电，等于或低于 100 V 时则不导电。若 把这个电子器件接到 100 V、50 Hz 的正弦式交变电流的电源上，这个电子器件将( ) A不导电 B每秒钟内导电 50 次 C每秒钟内导电 100 次 D每秒钟内导电 200 次 解析 ： 选 C 由题知该正弦式交流电的频率为 50 Hz，100 V 是有效值，其最大值为 100 V， 则该交变电流每秒钟电压瞬时值有100次高于100 V， 所以这个电子器件每秒钟导电1002 次，C 正确。 4(福建高考)如图所示，实验室一台手摇交流发
11、电机，内阻r1.0 ，外接R9.0 的电阻。闭合开关 S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e10sin 2 10t(V)，则( ) A该交变电流的频率为 10 Hz B该电动势的有效值为 10 V2 C外接电阻R所消耗的电功率为 10 W D电路中理想交流电流表 的示数为 1.0 A A 解析：选 D 由产生的电动势可知，该交流电的频率为 5 Hz，A 错误；该电动势的有效 值为 10 V，B 错误；外接电阻R所消耗的电功率为 9 W，C 错误；电路中交流电流表的示数为 电流的有效值，为 1.0 A，D 正确。 5图中两交变电流分别通过相同电阻R。 (1)分别写出它们的有效值、周期、频率； (2)计算它们在R上产生的功率之比。 解析：(1)题图甲为正弦式交变电流，其有效值 I13.54 A Im 2 5 2 2 周期T10.4 s 频率f12.5 Hz 题图乙为方波交流电，电流的大小不变，方向作周期性变化，由于热效应与电流方向无 关，因而它的有效值 I25 A 周期T20.3 s 频率f2 Hz 10 3 (2)由公式PI2R得P甲P乙II12 2 12 2 答案：(1)3.54 A，0.4 s,2.5 Hz 5 A,0.3 s， Hz (或 5 2 2 A) 10 3 (2)12