高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流的描述背景图ppt课件

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1.峰值(1)定义:交变电流的电压、电流所能达到的最大值。(2)应用:电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值,否则电容器就可能被击穿。2.有效值(1)定义:让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它 们产生的热量相等,而这个恒定电流的电流与电压分别为I、U,我们就把I、U叫作这一交变 电流的有效值。
注意    根据定义求解有效值时要注意“三同”,即电阻相同、时间相同、产生的热量相同。
(2)实际中的有效值①使用交流的电气设备上所标注的额定电压和额定电流。②交流电表测量的数值。③无特别说明时提到的交变电流的数值。
注意    在计算交变电流通过导体产生的热量和电功、电功率以及确定保险丝的熔断电流时, 只能用交变电流的有效值。(3)在正弦式交变电流中:有效值E= ,U= ,I= 。
1.电感器对交流电的阻碍作用(1)电感器对交流电有阻碍作用,称为感抗;(2)线圈的自感系数L越大、交流电的频率f越高,感抗越大;(3)低频扼流圈:自感系数L大,通直流、阻交流;高频扼流圈:自感系数L小,通直流、通低频、 阻高频。2.电容器对交流电的阻碍作用(1)交变电流能够通过电容器,但电容器对交变电流有阻碍作用,称为容抗;(2)电容器的电容C越大、交流电的频率f越高,容抗越小;(3)隔直电容器:电容C大,隔直流、通交流;高频旁路电容器:电容C小,阻低频、通高频。
导师点睛    感抗大小的决定式为XL=2πfL,容抗大小的决定式为XC= ,高中阶段通常只要求会用它们进行定性分析,不要求定量计算。
知识辨析1.保险丝的额定电流、电容器的耐压值是交变电流的有效值还是最大值?2.交变电流的有效值与电流方向有关吗?3.交变电流可以通过电容器两极板间的绝缘介质吗?
一语破的1.保险丝的额定电流是指有效值,电容器的耐压值是指最大值。2.无关。3.不能。交变电流加在电容器两端时,电容器交替进行充电、放电,电路中就有了电流,好像 是交变电流“通过”了电容器,但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。
1.计算有效值的两种方法(1)按正(余)弦规律变化的交变电流,可利用正弦式交变电流的有效值与峰值的关系求解,即E = ,U= ,I= 。(2)对于非正弦式交变电流,必须根据有效值的定义进行计算。第一步:计算交变电流在一个 周期内产生的热量Q;第二步:将Q用相应的物理量的有效值表示,Q=I2RT或Q= T;第三步:代入数值,求解有效值。如计算图示交变电流的有效值,让交变电流与恒定电流分别通过电阻R,根据焦耳定律可得, 在前 内,交变电流产生的热量为Q1= R· =(12 A2)RT,在后 内,产生的热量为Q2=(6
A)2·R· =(12 A2)RT,在一个周期T内产生的总热量为Q总=Q1+Q2=(24 A2)RT;恒定电流在T时间内产生的热量是Q'=I2RT,根据有效值的定义可得Q总=Q',解得该交变电流的有效值为I=2  A。
2.几种常见电流有效值的计算
1.对交变电流图像的认识正弦式交变电流随时间的变化情况可以用图像表示,图像描述的是交变电流的电动势、电流 或电压随时间变化的规律,它们是正弦曲线,如图为i-t图像。
2.交变电流图像的应用从图像中可以得到的信息:(1)交变电流的最大值、线圈转动一圈所用的时间。(2)线圈位于中性面的时刻。(3)线圈平行于磁感线的时刻。(4)线圈中磁通量的变化情况。(5)i、e随时间的变化规律。
　　交变电流的“四值”即交变电流的瞬时值、峰值(最大值)、有效值、平均值,是高考考 查的热点,要注意区分这四个易混淆的物理量。1.正弦式交变电流四值的对比
2.平均值的求法　　平均值表现为交变电流的图像中图线与时间轴所围的面积跟时间的比值,其大小与所取 时间间隔有关。平均值不是有效值,也不是初、末瞬时值的平均。在电磁感应现象中,电路 中产生的感应电动势的平均值与感应电流的平均值的数学表达式为 =N , = 。当需要求某段时间内通过某一横截面的电荷量时,可用q= Δt,而 是这段时间内电流的平均值,可用 = 求解, =N ,故q= ·Δt=N 。对于产生正弦式交变电流的电路,求ΔΦ的方法之一是先求Φm,由于Em=NBSω,则Φm=BS= ,然后根据Φ=Φm cs ωt很容易求出线圈转过某一角度时磁通量的变化量。
典例    如图所示为交流发电机示意图,矩形线圈的匝数N=50,每匝线圈的边长lab=0.4 m,lbc=0.2 m,矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T【1】,线圈总电阻r=1 Ω,外接电阻R=9 Ω 【2】。线圈绕垂直于磁场的轴以n=  r/s的转速在磁场中匀速转动。交流电压表、交流电流表均为理想电表。求:(1)线圈中产生的感应电动势的峰值;(2)若从线圈通过中性面时开始计时,写出回路中电流随时间变化的关系式;(3)交流电压表和交流电流表的示数(结果保留2位小数);
(4)此交流发电机的总功率和输出功率。
信息提取    【1】可结合线圈转动的角速度计算感应电动势的峰值Em=NBSω。【2】回路总电阻为10 Ω。
思路点拨    已知磁场的磁感应强度,再结合线圈匝数、面积和角速度写出感应电动势的峰 值;从线圈通过中性面时开始计时,感应电动势随时间变化的关系式是正弦函数【3】,结合闭合 电路欧姆定律【4】计算回路中的电流,写出回路中电流随时间变化的关系式;根据正弦式交变 电流的有效值和峰值的关系求出有效值,电表的示数等于对应物理量的有效值;根据电功率 的定义【5】求出交流发电机的总功率和输出功率。
解析    (1)ω=2πn=200 rad/sEm=NBSω=NBlablbcω=50×0.2×0.4×0.2×200 V=160 V。(由【1】得到)(2)e=Em sin ωt=160 sin 200t Vi= =16 sin 200t A。(由【3】、【4】得到)(3)电流的峰值Im=16 A,电流表的示数I= =8  A≈11.31 A电压表的示数U=IR=72  V≈101.82 V。(4)发电机的总功率P=IE,E= P=8 ×  W=1 280 W(由【5】得到)。发电机的输出功率等于外电路电阻消耗的电功率,即PR=IU=8 ×72  W=1 152 W。(由【5】得到)