人教版 (2019)选择性必修 第二册2 交变电流的描述优质课课件ppt
展开正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化,那么我们如何描述这种电流的变化特征呢?
一、描述交流电的物理量:
电压、电流都发生一次周期性变化
交变电流完成一次周期性变化所需的时间
符号:T 单位是秒(S)
交变电流一秒内完成周期性变化的次数
符号:f 单位是赫兹(Hz)
3.最大值(峰值): Em Um Im
交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值,可以用来表示交流电的电流或电压变化幅度。
4.瞬时值: e u i
例1.如图所示是我国家庭电路中的交变电流 u-t 图,分析下列问题:
(1)交流电流完成一次周期性变化(线圈转动一圈)所用多少时间?
(2)交流电流在1s内完成多少次周期性变化?
(3)由前2问,可知周期和频率有什么关系?
(4)在1s内电流方向变化多少次?
例2.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系,如图所示,如果其它条件不变,仅使线圈的转速加倍,则交流电动势的最大值和周期分别变为 ( )
A.400V,0.02s B.200V, 0.02sC.400V, 0.08s D.200V, 0.08s
①则此交流电的频率为 ,把它接在一个电容器上,电容器的击穿电压不能低于 。
练习1:某交流电压随时间变化的规律如图:
②家用照明电路中的交变电压随时间变化的规律同上图。1秒内电流的方向改变 次。
观察思考:观察铭牌上用电器的各种参数,回答下面的问题:铭牌上的220V是什么意思?铭牌上的50HZ 是什么意思?
在一个周期内,交变电流的方向变化2次
我国工业和家庭电路中的交变电流的u-t 图
甲、乙图中电炉烧水,设壶材料相同、水质量相等、水的初温相同.若直流电源用10分钟把水烧开,
而第二次用交流电时也用10分 钟把水烧开.
二、描述交变电流大小的物理量
交流电的热效果和直流电的热效果相同
我10分钟也把水烧开!
我的电流有效值也是3A
怎样求一般交流电的有效值
电流i通过一个R=1Ω的电阻.它不是恒定电流. 1.怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?
解析: 1 图象反映的交变电流可以分为4段.前半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S---0.5S内,可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反,但产生热量相同.
0 0.2 0.5 1.0
练习2.如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。
规定: 让交流电和直流电通过同样阻值的电阻,如果它们在同一时间内产生的热量相等,这一交流电的有效值就跟这个直流电的数值相等。
正弦(或余弦)交变电流有效值与最大值之间的关系:
注意:只适用于正弦或余弦式交流电
交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是指有效值
交流电压表、电流表测量的数值是指有效值
例3.小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速运动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示。该阻值为r=4 Ω的线圈与一个R=6 Ω的电阻构成闭合电路。(1)交变电流的周期和频率?(2)交变电流的电动势的最大值和有效值?(3)感应电动势的瞬时值表达式?(4)若改变交流电源的频率,保持其峰值不变,其电动势的有效值是否改变?(5)交流电流表、电压表的示数?(6)电阻的热功率?
练3.某交流电压随时间的变化规律如图所示,则此交流电的频率是_____Hz。若将该电压加在10uF的电容器上,则电容器的耐压值不应小于______V;若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上,用电器恰能正常工作,为避免意外事故的发生,该电路中保险丝的额定电流不能低于______ A。
★几种常见交变电流的有效值
1.最大值——如电容器的耐压值;
2.瞬时值——启辉值、偏转值;
(1)交流电器上名牌标称
(3)熔断器的熔断电流
(4)电功和电热的求取
(2)数值上也等于图线与t轴包围的面积与t的比值
(3)通过导体的电荷量必须用平均值
耐压值(最大值)
例4.观察思考:观察铭牌上用电器的各种参数,回答下面的问题: 1.铭牌上的参数各代表什么意思? 2.如果有一个如下图所示的交变电流加在如图所示的电容器上,该电容器能安全工作吗?
例5.如图所示交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4 m,ad=bc=0.2 m,线圈匝数N=100,电阻r=1 Ω,线圈在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以ω=100π rad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9 Ω,以图示时刻开始计时,则(1)感应电动势的最大值(2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势(4)由图示位置转过60°的过程中通过电阻R的电荷量 (5)交流电压表的示数(6)线圈转动一周产生的总热量
× × × × √ √
1.如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感应垂直的转轴匀速转动,产生的交变电动势的图象如图乙所示,则( )A.线框产生的交变电动势有效值为311VB.线框产生的交变电动势频率为100HzC.t=0.005s时,线框的磁通量变化率为零D.t=0.01s时,线框平面与中性面重合
2.某交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间的关系如图所示.如果此线圈和一个R=100Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻,下列说法中正确的是( )A.交变电流的周期为0.04sB.电阻R两端的有效电压是100VC.交变电流的有效值为1AD.交变电流的最大值为1A
4.先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化如图甲所示;第二次灯泡两端的电压随时间变化规律如图乙所示,不考虑温度对灯泡电阻影响。则以下说法正确的是( )A.第一、第二次,灯泡两端的电压之比为1:2B.第一、第二次,通过灯泡的电流之比是2:1C.第一、第二次,灯泡电功率之比是1:2D.第一、第二次,灯泡在相等时间内产生的热量之比是1:4
6.如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图(曲线部分为正弦交流电的一部分),则下列说法正确的是( )A.这是一种交变电流B.电流的变化周期为0.015sC.电流通过100Ω电阻时,电功率为100WD.电流通过100Ω的电阻时,一个周期内流经电阻的电荷量大于0.015C
7.如图所示,交流发电机的线圈为边长为L的正方形,匝数为N,线圈电阻为r,外电阻为R。线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动,转速为n。图中电表均为理想交流电表,下列说法正确的是( )A.图示位置穿过线圈的磁通量最大B.感应电动势的最大值为C.交流电流表的示数为D.交流电压表的示数为
8.在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动,如图甲所示.产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示.则下列说法正确的是( )A.t=0.01s时穿过线框的磁通量最小B.该交变电动势的有效值为C.该交变电动势的瞬时值表达式为D.电动势瞬时值为22V时,线圈平面与中性面的夹角为45°
电 阻器 电 感器 电 容器
电阻器(R):限流的元件
电容器( C ):容纳电荷的元件
电感器( L ):将电能转化为磁场能而存储起来的元件
电阻器、电容器和电感器对直流、交流电有何作用?
问题:直流电源电动势与交变电源电动势有效值相等,内阻相同。灯泡和电感器均相同。接交流电和直流电,灯泡的亮度是否相同?接直流电时,有电感器和无电感器灯泡的亮度是否相同?
①接通直流,灯泡亮度几乎相同。
②接通交流,串联有线圈的支路灯泡较暗。
③匝数越多,灯泡越暗。
④频率越高,灯泡越暗。
线圈与交变电流之间的电磁感应作用所引起的阻碍作用,这叫感抗。
线圈的自感越大,线圈的感抗就越大。
交流的频率越高,线圈的感抗就越大。
三、电感对交变电流的作用
低频扼流圈——通直流、阻交流.
高频扼流圈——通低频、阻高频.
线圈的自感系数和交变电流的频率,电感越大,频率越高,感抗越大.
例6.如图所示的电路中,L 为电感线圈,R 为灯泡,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压为 ,若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为 100 HZ,下列说法正确的有 ( )
A. 电流表示数增大 B. 电压表示数增大C. 灯泡变暗 D. 灯泡变亮
练4.如图所示实验电路中,若直流电压和交变电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下面叙述正确的是( )A.当S掷向a、b时灯较亮,掷向c、d时灯较暗B.当S掷向a、b时灯较暗,掷向c、d时灯较亮C.S掷向c、d,把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.S掷向c、d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗
线圈绕在铁心上,匝数多,感抗大
线圈绕在铁氧体上,匝数少,感抗小
实验电路如图所示,将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上,观察灯泡的亮暗.
②实验表明直流不能通过电容器,而交流能够“通过”电容器.
①S接直流电源时,灯泡不亮;S接交流电源时,灯泡发光.
四、电容器对交变电流的阻碍作用
①接通直流,串联有电容的支路灯泡不亮。
②接通交流,串联有电容的支路中,灯泡较暗。
③电容越小,灯泡越暗。
④频率越高,灯泡越亮。
电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小叫容抗。
交流的频率越高,容抗越小。
“通交流”: 实际上并无电荷通过,充电和放电表现为交流“通过“电容器(实际没有通过电介质)
(当交流电压升高时,对电容器充电,有充电电流,而当交流电压降低时,电容器放电,有放电电流)
隔直电容器——通交流、隔直流.
旁路电容器——通高频、阻低频.
3.容抗:电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗,用XC表示.
电容器串联在电路中(C大)
电容器并联在电路中(C小)
例7.如图所示,平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上,灯泡正常发光,则( ) A. 将介质板插入电容器中,灯泡将变暗 B. 增大交变电流的频率,灯泡将变暗 C. 把电容器极板间距拉开一些,灯泡将变暗 D. 把电容器两极板错开一些,灯泡将变暗
练5.图中甲、乙两图是电子技术中的常用电路,a、b是各部分电路的输入端,其中输入的交流高频成分用“~~~”表示,交流低频成分用“~”表示,直流成分用“-”表示.关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是( )A.图甲中R得到的是交流成分B.图甲中R得到的是直流成分C.图乙中R得到的是低频成分D.图乙中R得到的是高频成分
通直流,阻交流;通低频,阻高频。
通交流,隔直流;通高频,阻低频。
<1>自感系数L <2>交流电频率f
<1>电容C<2>交流电频率f
L越大,f越高,XL越大。
C越大,f越高,XC越小。
9.有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上,如果电源电压峰值保持不变,比较下面哪种情况,通过线圈的电流最小( )A、所加电源频率为50 HzB、所加电源频率为100 HzC、所加电源频率为50 Hz,减少线圈匝数D、在线圈中加入铁芯,所加电源频率为 100 Hz
10、有两个电容分别为C1=5 μF,C2=3 μF的两电容器,分别加在峰值一定的交流电源上,比较下列哪种情况通过电容器的电流最大( )A、在C1上加f=50 Hz的交变电流B、在C2上加f=50 Hz的交变电流C、在C1上加f=60 Hz的交变电流D、在C2上加f=60 Hz的交变电流
由电容的大小和交流电的频率f决定
由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定
由导体本身决定,与温度有关
特别提醒:电感、电容接到交流电源上时,电能与磁场能或电能与电场能往复转化,所以电感、电容上不会消耗电能,而电流通过电阻时,必然会产生焦耳热,从而造成电能的损耗。
『判一判』(1)电感器对交变电流有阻碍作用。( )(2)电感器对交变电流阻碍作用越大,感抗越小。( )(3)电感器具有“通交流、阻直流,通高频、阻低频”的性质。( )(4)在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器。( )(5)在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动。( )(6)电容器的电容越大对同一交变电流的阻碍作用就越大。( )
√ × × √ × ×
11.在如图所示的电路中,L为电感线圈,L′为灯泡,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压u=220sin100πt V.若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100 Hz,下列说法正确的有( )
A.电流表示数增大B.电压表示数增大C.灯泡变暗D.灯泡变亮
12.如图所示,输入端AB的输入电压既有直流成分,又有交流成分,以下说法中正确的是(L的直流电阻不为0)( )A.直流成分只能从L通过B.交流成分只能从R通过C.通过R的既有直流成分又有交流成分D.通过L的直流成分比通过R的直流成分必定要大
13.如图所示,白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交流电源的频率增加时( )A.电流表示数增大B.电压表示数增大C.灯泡变暗D.灯泡变亮
14.如图所示,甲、乙两图中用交流电源,丙、丁两图中用直流电源,各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同,则下列说法正确的是( )
A.灯L1比灯L2亮B.灯L3也能发光,但亮度最暗C.灯L2和L4亮度相同D.灯L4比灯L1亮
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