高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册正弦交变电流的描述教课课件ppt

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2.正弦交变电流的图像 
　峰值　有效值1.峰值(1)定义:在一个周期内交变电流的电压、电流所能达到的最大值。(2)应用:电容器、二极管所能承受的电压要不低于交流电压的峰值。2.有效值(1)定义:如果交流电与某一直流电通过同一电阻,在交流电的一个周期内产生的热量相等,则 这个直流电的电流和电压值,就称为相应交流电电流和电压的有效值。(2)原理:根据电流的热效应来规定的。(3)应用①交流电表测量的数值;②无特别说明时提到的交变电流的数值;
③计算消耗的功率所用的数值。3.正弦交变电流峰值和有效值的关系I= ,U= 。
知识辨析1.我国民用交变电流的周期和频率是多少?电流方向每秒改变多少次?2.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?3.交变电流的有效值与电流方向有关吗?4.某交流电压的瞬时值表达式为u=6  sin(100πt) V,把标有“6 V    2 W”的小灯泡接在此电源上会不会被烧坏?
一语破的1.我国民用交变电流的周期是0.02 s,频率是50 Hz,电流方向每秒改变100次。2.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。3.无关。4.不会被烧坏。交流电压的瞬时值表达式u=6  sin (100πt)V中6  V是最大值,其有效值为6 V,而标有“6 V    2 W”的小灯泡,6 V是指有效值,所以小灯泡不会被烧坏。
　 交变电流有效值的理解和计算 1.有效值的两种计算方法(1)若电流是按正(余)弦规律变化,可利用正弦交变电流的有效值与峰值间的关系求解,即E=  ,U= ,I= 。(2)当电流不是按正(余)弦规律变化时,必须根据有效值的定义来求解有效值,且时间一般取 一个周期。其具体求解方法是:第一步:假设让交变电流通过定值电阻R,计算交变电流在一个周期内产生的热量Q(可分段计 算)。第二步:热量Q用相应的物理量的有效值表示,如Q=I2Rt,Q= 。第三步:代入数值,求出相应的有效值。
2.几种常见电流的有效值
典例 如图所示为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值为 (　    ) A. I0　    B. I0　    C. I0　    D.I0+ I0
信息提取    从图中可获取的信息如下 
解析    令该交变电流通过一电阻R,它在前半个周期 内通过该电阻产生的热量Q1= R· = ,它在后半个周期 内产生的热量Q2= R· = ,故在一个周期内产生的热量Q=Q1+Q2=  RT,设某一恒定电流I在相同的时间T内通过该电阻产生的热量为Q,由有效值的定义知  RT=I2RT,解得I= I0,故B正确。
　交变电流的图像问题 1.对交变电流图像的认识正弦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” 1.正弦式交变电流的四值对比
2.平均值的求法交变电流的图像中,图线与横轴(t轴)所围的面积跟时间的比值表示交变电流的平均值。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(或Φ=Φm sin 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匝,每匝线圈的边长lab=0.4 m,lbc=0.2 m【1】,矩形线圈所在处的匀强磁场 的磁感应强度B=0.2 T,线圈总电阻r=1 Ω,外接电阻R=9 Ω【2】。线圈以n=  r/s的转速在磁场中匀速转动。电压表、电流表均为理想电表。求:(1)线圈中产生的感应电动势的最大值;(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)交流电压表和电流表的读数(结果保留2位小数);(4)此交流发电机的总功率和输出功率。
思路点拨    根据线圈匝数、磁感应强度、线圈面积和转速写出感应电动势的最大值;从线圈 通过中性面时开始计时,电流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;根据电功率的定义【5】求出交流发 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最大值,Em=NBSω。【2】回路总电阻为10 Ω。
解析    (1)Em=NBSω=NBlablbc·2πn=50×0.2×0.4×0.2×2π×  V=160 V(由【1】得到)。(2)ω=2πn=200 rad/s,Im= =16 A,i=Im sin ωt=16 sin 200t(A)(由【3】【4】得到)。(3)电流表的读数I= Im=8  A≈11.31 A,电压表的读数U=IR=72  V≈101.82 V。(4)发电机的总功率P=IE,E= Em,P=8 × ×160 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】